基于拓扑理论的系统间电磁耦合分析与计算研究

针对武器装备系统间电磁互扰的突出问题，开展将电磁拓扑技术应用到复杂电磁环境下各电子系统间的电磁交互作用分析与电磁耦合计算，为系统间的电磁兼容分析提出新方法。由于多个电子系统构建的空间几何的复杂性，系统电磁干扰源、耦合途径的不确定性，使得采用传统计算方法分析系统间耦合电磁场时的物理边界条件变得十分复杂，带来建模困难和计算量巨大等问题。故本项目拟将拓扑理论和方法应用到系统间耦合电磁场计算研究，寻求有效解决复杂电磁环境下各系统间电磁交互作用建模的方法，并探索传统电磁数值计算方法与电磁拓扑理论有机结合的途径，解决干扰源与各个系统间耦合系数的计算问题。主要研究内容包括：多系统间电磁拓扑描述和问题分解；各子系统内部电磁交互作用的电磁拓扑描述和问题分解；各子系统电磁耦合效应研究；系统间电磁耦合BLT方程的建立以及耦合电磁场的计算；选取典型电子系统进行内场、外场实验，为理论研究提供数据支撑。

本项目针对武器装备系统间电磁互扰的突出问题，开展将电磁拓扑技术应用到复杂电磁环境下各电子系统间的电磁交互作用分析与电磁耦合计算，即将拓扑理论和方法应用到系统间耦合电磁场计算研究，寻求有效解决复杂电磁环境下各系统间电磁交互作用建模的方法，并探索传统电磁数值计算方法与电磁拓扑理论有机结合的途径，解决干扰源与各个系统间耦合系数的计算问题，为系统间的电磁兼容分析提出新方法。主要研究包括：多系统间电磁拓扑描述和问题分解；各子系统内部电磁交互作用的电磁拓扑描述和问题分解；各子系统电磁耦合效应研究；系统间电磁耦合BLT方程的建立以及耦合电磁场的计算；选取典型电子系统进行内场、外场实验，为理论研究提供数据支撑。获得的主要研究成果如下：1．对于系统间的拓扑分解，采用电磁拓扑的方法，将复杂的电子系统和外部激励源所涉及的几何空间分成一系列独立的易处理的“小空间”的拓扑网络结构，然后采用Baum-Liu-Teache（BLT）方程把“小空间”上的耦合效应合并为总体系统的耦合效应，为解决电子系统与外部激励电磁场交互作用的机理分析、评估与计算等问题提供有效的途径，提出多步迭代算法进行电磁耦合计算，并应用CRIPTE软件计算外部场耦合到内部的电磁效应以及屏蔽电子系统在有外部激励源的环境下的感应电流。2．推导了平行与非平行传输线离散化BLT方程。基于Beam-Liu-Tesche(BLT)方程，采用离散化方法来求解非平行双导传输线的频域和时域终端响应，获得了BLT 方程在频域上的离散化计算公式，以及BLT 方程在时域上的离散化计算公式，针对平面波激励源进行数值仿真试验。3．进行了某种体制的无线电引信、某型号飞机腔体内线缆电磁耦合实验测试与分析。试验目的是研究典型电子设备在某一个特定电磁环境下的电磁耦合拓扑分解和数值计算的有效性，分析实验数据与理论数据之间的差异。4．采用垂直广义积分方法计算金属导体表面的电磁耦合场。采用磁场积分的方法进行散射场的计算。通过研究基于垂直积分方法的磁场积分方程，获得磁场积分方程采用矩量法和GRW基函数方法的线性方程系数的解析解，为金属导体散射场的计算提高了计算的精度和计算速度。通过四年的研究，课题组培养博士生3名，硕士生6名；出国学术交流10人次；发表和完成学术论文23篇，其中SCI 检索6篇，国内核心期刊发表6篇，国内或国际学术会议发表7篇。总的来说，该研究达到了预期