一種雙導(dǎo)線傳輸線終端響應(yīng)的預(yù)測(cè)評(píng)估方法
【專利摘要】本發(fā)明是一種非解析式分布源下的雙導(dǎo)線傳輸線終端響應(yīng)的預(yù)測(cè)評(píng)估方法，本發(fā)明先對(duì)導(dǎo)線物理參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，再對(duì)傳輸線進(jìn)行幾何上的離散化，測(cè)量其幾何參數(shù)，繼而對(duì)傳輸線電參數(shù)進(jìn)行測(cè)量，最終計(jì)算獲得平行或非平行雙導(dǎo)線傳輸線終端感應(yīng)電壓與感應(yīng)電流；評(píng)估過程中不需要知道外加激勵(lì)源的具體解析表達(dá)式，只需要知道激勵(lì)場(chǎng)沿導(dǎo)線分布的離散化數(shù)據(jù)即可；本發(fā)明不用考慮由分布源輻照過程中能量損耗等原因所造成的計(jì)算誤差，對(duì)于傳輸線的改造較小，測(cè)量數(shù)據(jù)較少但測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度較高；測(cè)量過程不需要搭載其他附加電路，因此由附加設(shè)備引入的誤差較??；本發(fā)明適用于各種類型的外加電磁場(chǎng)輻照，操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
【專利說明】
一種雙導(dǎo)線傳輸線終端響應(yīng)的預(yù)測(cè)評(píng)估方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及導(dǎo)線終端響應(yīng)的評(píng)估方法，特別涉及一種雙導(dǎo)線傳輸線終端響應(yīng)的預(yù) 測(cè)評(píng)估方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 隨著現(xiàn)代電子科技的高速發(fā)展，在諸多電子設(shè)備中，電路的集成度越來越高，設(shè)備 的體積越來越小，內(nèi)部結(jié)構(gòu)也越來越復(fù)雜，所采用的電磁信號(hào)強(qiáng)度頻段各異，同時(shí)伴隨著外 界輻射干擾源種類的急劇增加，都使得現(xiàn)代電子信息設(shè)備工作所處的電磁環(huán)境越發(fā)復(fù)雜， 往往表現(xiàn)為空間密度極大，時(shí)域上難以估測(cè)，頻域上波段范圍極廣，類型日趨多樣化。
[0003]在大量的高速集成電路及微波傳輸中，傳輸線是一種分布極其廣泛的基本的互聯(lián) 線形式。準(zhǔn)確的說，傳輸線被概括為在電氣工程和電子工程領(lǐng)域，使電磁波使其沿著某個(gè)既 定方向傳播的媒介。對(duì)于低頻傳輸線而言，傳輸線本身對(duì)信號(hào)的影響基本可以忽略不計(jì)，然 而對(duì)于高頻傳輸線而言，隨著信號(hào)頻率的升高，傳輸線本身的特性就會(huì)對(duì)傳輸過程造成較 大影響。同時(shí)，當(dāng)傳輸線受到外部施加的電磁場(chǎng)干擾時(shí)，將產(chǎn)生隨激勵(lì)場(chǎng)變化的感應(yīng)電壓及 感應(yīng)電流，這些由激勵(lì)源引起的負(fù)載響應(yīng)的變化會(huì)對(duì)導(dǎo)線的傳輸效能產(chǎn)生影響，牽一發(fā)而 動(dòng)全身，進(jìn)而對(duì)整個(gè)電子系統(tǒng)的穩(wěn)定性，功能性產(chǎn)生重大影響。整體看來，這一蝴蝶效應(yīng)會(huì) 嚴(yán)重影響電子系統(tǒng)運(yùn)轉(zhuǎn)，甚至可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)癱瘓損毀，危害人身安全。
[0004] 近年來，眾多研究學(xué)者針對(duì)傳輸線耦合問題做了很多工作，但是大多數(shù)情況下針 對(duì)的是解析的激勵(lì)源模型，也即需要在已知外加激勵(lì)源解析表達(dá)式的情況下才能夠求得傳 輸線終端響應(yīng)。然而在實(shí)際工程應(yīng)用中涉及的激勵(lì)源模型通常是非解析的，往往只能得到 激勵(lì)源沿導(dǎo)線的離散化分布情況，因此亟待提出一種方法能夠?qū)崿F(xiàn)非解析式分布源下的雙 導(dǎo)線傳輸線終端響應(yīng)的預(yù)測(cè)評(píng)估。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 為克服現(xiàn)有技術(shù)中的不足，本發(fā)明提出一種非解析式分布源下的雙導(dǎo)線傳輸線終 端響應(yīng)的預(yù)測(cè)評(píng)估方法。本發(fā)明"一種雙導(dǎo)線傳輸線終端響應(yīng)的預(yù)測(cè)評(píng)估方法"，包括如下 步驟：
[0006] 步驟一、對(duì)雙導(dǎo)線傳輸線進(jìn)行物理參數(shù)的測(cè)量，包括:導(dǎo)線長度L，導(dǎo)線半徑a，兩條 導(dǎo)線的左端點(diǎn)之間距d，導(dǎo)線夾角2Θ，終端負(fù)載Z 1^2,激勵(lì)場(chǎng)極化角α，激勵(lì)場(chǎng)入射角Φ，Φ;所 述兩條導(dǎo)線的長度相等，直徑相等；
[0007] 步驟二、在OXY坐標(biāo)平面中，將位于X軸上方的導(dǎo)線5的左右端點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)置為（0， d/2)、（Lcos0，d/2+Lsin0)，將位于X軸下方的導(dǎo)線6的左右端點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)置為（0，-d/2)、 (Lcos0，-d/2-Lsin0)，兩條導(dǎo)線關(guān)于X軸鏡像對(duì)稱;沿導(dǎo)線方向?qū)?dǎo)線5或?qū)Ь€6進(jìn)行分割， 將導(dǎo)線5或?qū)Ь€6分割成η個(gè)線段，線段的標(biāo)號(hào)記為m，m= 1，2，……，η;測(cè)量每個(gè)線段在X軸上 的投影的長度Axm，每個(gè)線段在X軸上的投影的中點(diǎn)的坐標(biāo)( χ\，3^，ζ^)，以及每個(gè)線段的 中點(diǎn)與其關(guān)于X軸的鏡像的距離cU;，其中下標(biāo)m的取值為1，2,……，n，并假設(shè)Cl 1 = CL
[0008] 步驟三、測(cè)量雙導(dǎo)線傳輸線外加激勵(lì)場(chǎng)的傳播方向，計(jì)算各類傳輸線電參數(shù):單位 長電感4._=藝ln_i·，單位長電容'單位長阻抗Zm = Rm+j ω Lm，單位長導(dǎo)納Ym = Gm+j π α 1Π " ω Cm，傳輸常數(shù)匕，特征阻抗Zom，其中，1為單位長電阻，6?為單位長電導(dǎo)， ε為介電常數(shù)，μ為磁導(dǎo)率，j為虛數(shù)單位，ω為電磁波頻率變量，下標(biāo)m = 1，2，......，η;
[0009] 步驟四、利用公式（1)、（2)計(jì)算外加激勵(lì)場(chǎng)輻照條件下的雙導(dǎo)線傳輸線終端的感 應(yīng)電壓V(O)，V(L)與感應(yīng)電流I(O)，I(L):
[0010] (1)
[0011] (2)
[0012]
[0013]
[0014] F1=-￡:"'（0，()，0)<
[0015] V2 =-E'": (L^(U))Ciii
[0016] 其中〇，.V,Z)為坐標(biāo)(x，y，z)處入射電場(chǎng)在X軸上的投影，〇，_y,z)為坐標(biāo)(X， y，z)處入射電場(chǎng)在Z軸上的投影，Lx為導(dǎo)線在X軸的投影的長度，< 為第m個(gè)線段在X軸的投 影的中心點(diǎn)的X坐標(biāo)
分別為負(fù)載ZjPZ2*的反射系數(shù)。
[0017] 根據(jù)計(jì)算得到的感應(yīng)電壓與感應(yīng)電流，可以進(jìn)一步對(duì)傳輸線的安全閾值進(jìn)行預(yù)測(cè) 評(píng)估。
[0018] 本發(fā)明選取目標(biāo)雙導(dǎo)線任一終端的感應(yīng)電壓與電流來分析外加激勵(lì)場(chǎng)輻照下的 終端場(chǎng)路耦合效應(yīng)，提出一種計(jì)算雙導(dǎo)線傳輸線終端感應(yīng)電壓和電流的測(cè)量方法，可以有 效地測(cè)量由外加電磁場(chǎng)引起的雙導(dǎo)線終端的感應(yīng)電壓和電流。該計(jì)算方法操作相對(duì)簡單易 行，可進(jìn)行大量重復(fù)使用，能為一定精度要求內(nèi)由外加電磁場(chǎng)輻照引起的導(dǎo)線終端的感應(yīng) 電壓與感應(yīng)電流的測(cè)量提供一種有效的手段，為分析外加電磁對(duì)于傳輸線及其終端設(shè)備的 耦合效應(yīng)提供重要參數(shù)。
[0019] 與現(xiàn)有技術(shù)比，本發(fā)明具有如下優(yōu)點(diǎn)：
[0020] (1)本發(fā)明不需要知道外加激勵(lì)場(chǎng)具體解析表達(dá)式，只需要獲得激勵(lì)源沿導(dǎo)線分 布的離散化數(shù)據(jù)即可進(jìn)行計(jì)算，更加貼近實(shí)際工程應(yīng)用；并將其推廣到非平行雙導(dǎo)線傳輸 線的情況；
[0021] (2)本發(fā)明基于傳輸線基礎(chǔ)理論，直接通過外加激勵(lì)場(chǎng)沿導(dǎo)線分布的離散化數(shù)據(jù) 得到導(dǎo)線終端感應(yīng)電壓與感應(yīng)電流，因而不用考慮由分布源輻照過程中能量損耗等原因所 造成的計(jì)算誤差，對(duì)于傳輸線的改造較小，測(cè)量數(shù)據(jù)較少但測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確度較高；
[0022] (3)本發(fā)明直接對(duì)導(dǎo)線終端的感應(yīng)電壓與感應(yīng)電流進(jìn)行計(jì)算，不需要搭載其他附 加電路，因此由附加設(shè)備引入的誤差較小，測(cè)試結(jié)果僅依賴于外加激勵(lì)場(chǎng)沿導(dǎo)線分布的離 散化數(shù)據(jù)以及導(dǎo)線相關(guān)物理參數(shù)，可以最大化保證計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確度；
[0023] (4)本發(fā)明中的計(jì)算方法適用于各種類型的外加電磁場(chǎng)輻照，適用于各個(gè)頻段，各 個(gè)時(shí)段，具有一定的普適性；
[0024] (5)本發(fā)明計(jì)算復(fù)雜度不大，成本低，可重復(fù)性高，操作簡單，易于實(shí)現(xiàn)。
【附圖說明】
[0025] 為了更清楚地說明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn) 有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本 發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，還可 以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。
[0026] 圖1為本發(fā)明中對(duì)目標(biāo)雙導(dǎo)線傳輸線進(jìn)行分割的示意圖，其中1，2為導(dǎo)線終端負(fù) 載，3為虛擬分割線，4為第m個(gè)線段在X軸上的投影的中心點(diǎn)，5為X軸上方的導(dǎo)線，6為X軸下 方的導(dǎo)線；
[0027] 圖2為本實(shí)施例中雙導(dǎo)線傳輸線模型終端2處在不同導(dǎo)線夾角下的電流頻域響應(yīng) 示意圖；
[0028] 圖3為本實(shí)施例中雙導(dǎo)線傳輸線模型終端2處在不同導(dǎo)線夾角下的電壓頻域響應(yīng) 示意圖； 具體實(shí)施方案
[0029]下面將結(jié)合本發(fā)明實(shí)施例中的附圖，對(duì)本發(fā)明實(shí)施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完 整地描述，顯然，所描述的實(shí)施例僅僅是本發(fā)明一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；?本發(fā)明中的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有作出創(chuàng)造性勞動(dòng)前提下所獲得的所有其他 實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
[0030] 本實(shí)施例中將外加平面波激勵(lì)場(chǎng)輻照下的雙導(dǎo)線傳輸線終端處的感應(yīng)電壓與感 應(yīng)電流數(shù)值進(jìn)行計(jì)算，分別獲得頻域下導(dǎo)線終端處的響應(yīng)數(shù)值。
[0031] 步驟一:對(duì)所選雙導(dǎo)線傳輸線進(jìn)行物理參數(shù)的測(cè)量，具體參數(shù)如下：
[0032] 激勵(lì)源，
[0033]
[0034] 導(dǎo)線長度L = 30米(m)，導(dǎo)線左端點(diǎn)距離d = 0.2米(m)，導(dǎo)線半徑a = 0.0015米(m)， 導(dǎo)線終端負(fù)載Ζι = Ζ2 = 293 Ω，導(dǎo)線夾角2θ = π/1800,激勵(lì)場(chǎng)極化角α = 〇,激勵(lì)場(chǎng)入射角φ = 0，φ = π/3〇
[0035]步驟二:對(duì)目標(biāo)雙導(dǎo)線傳輸線建模，如圖1所示，將導(dǎo)線進(jìn)行幾何離散化處理。將每 根導(dǎo)線按相同間距分割為ri = 500段，第m個(gè)線段在X軸上的投影的長度為Axm=LxAi,(其中 Lx為導(dǎo)線在X軸上的投影長度，m=l，2,……，n)，第m個(gè)線段在X軸上投影的中心點(diǎn)坐標(biāo)為 人）=((^0.5)^^,0,0)，第 m個(gè)線段的中心與其關(guān)于X軸的鏡像之間的距離為 4 = 4 + lv;" Um 6K'在Δ心較小的情況下，可近似地認(rèn)為eh = d。
[0036]步驟三:計(jì)算傳輸線參數(shù)，具體如下:第m段單位長電阻Rm=0,第m段單位長電導(dǎo)Gm =O，第m段單位長電感4 = ，第m段單位長電 i
π a COLm，第m段單位長導(dǎo)納Ym = Gm+j COCm，第m段傳輸常] ； 中，介電常數(shù)ε = (10-9)/36Ji(F/m)，磁導(dǎo)率μ = 4πΧ 10-7(H/m)，下標(biāo)m=l，2,......，n;。
[0037] 步驟四：利用公式(3)、（4)計(jì)算分布源的頻域：
[0038]
[0039]
[0040]
[0041]
[0042]
[0043]
[0044] 再將源項(xiàng)(6)式代入BLT方程表達(dá)式(7)、（8)，就可以測(cè)量出終端處的頻域感應(yīng)電 壓V(O)，V(L)與感應(yīng)電流I(O)，KU。
[0045]
[0046]
[0047] 終端阻抗2處的感應(yīng)電流I(L)與感應(yīng)電壓V(L)的測(cè)量結(jié)果分別如圖2、圖3所示。圖 2中長虛線表示兩條導(dǎo)線不平行，其夾角為31/1800時(shí)，頻域感應(yīng)電流I(L)的測(cè)量值，短虛線 表示兩條導(dǎo)線平行時(shí)，頻域感應(yīng)電流I(L)的測(cè)量值，細(xì)實(shí)線表示安全閾值。圖3中長虛線表 示兩條導(dǎo)線不平行，其夾角為V1800時(shí)，頻域感應(yīng)電壓V(L)的測(cè)量值，短虛線表示兩條導(dǎo)線 平行時(shí)，頻域感應(yīng)電壓V(L)的測(cè)量值，細(xì)實(shí)線表示安全閾值。
[0048] 通過計(jì)算得到雙導(dǎo)線傳輸線終端感應(yīng)電壓與感應(yīng)電流，可以進(jìn)一步對(duì)傳輸線系統(tǒng) 的安全閾值進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估，傳輸線的安全閾值主要取決于線上最大擊穿電壓閾值大小。因 此在得到終端感應(yīng)電壓和感應(yīng)電流的基礎(chǔ)上，就可以就具體的傳輸線路進(jìn)行預(yù)測(cè)評(píng)估。假 定所給出的實(shí)施例中的擊穿電壓為6X1(T 1()V，可通過圖3得出超過傳輸線安全閾值的頻率 范圍是0~IO8Hz,也即在這個(gè)頻段的激勵(lì)源會(huì)導(dǎo)致該有耗非平行傳輸線終端2處的感應(yīng)電 壓大于導(dǎo)線本身的安全閾值，有可能導(dǎo)致傳輸線系統(tǒng)不穩(wěn)定。
[0049] 以上所述，僅為本發(fā)明的【具體實(shí)施方式】，但本發(fā)明的保護(hù)范圍并不局限于此，任何 熟悉本技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員在本發(fā)明揭露的技術(shù)范圍內(nèi)，可輕易想到的變化或替換，都應(yīng) 涵蓋在本發(fā)明的保護(hù)范圍之內(nèi)。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)該以權(quán)利要求書的保護(hù)范圍為 準(zhǔn)。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種雙導(dǎo)線傳輸線終端響應(yīng)的預(yù)測(cè)評(píng)估方法，其特征在于，所述方法包括如下步驟： 步驟一、對(duì)雙導(dǎo)線傳輸線進(jìn)行物理參數(shù)的測(cè)量，包括:導(dǎo)線長度L，導(dǎo)線半徑a,兩條導(dǎo)線 的左端點(diǎn)之間距d，導(dǎo)線夾角2Θ，終端負(fù)載Zi，Z2,激勵(lì)場(chǎng)極化角α，激勵(lì)場(chǎng)入射角φ，φ;所述兩 條導(dǎo)線的長度相等，直徑相等； 步驟二、在ΟΧΥ坐標(biāo)平面中，將位于X軸上方的導(dǎo)線5的左右端點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)置為(0，d/2)、 化cos0，d/2+Lsin0)，將位于X軸下方的導(dǎo)線6的左右端點(diǎn)的坐標(biāo)設(shè)置為(0，-d/2)、（Lcosθ，- d/2-Lsinθ)，兩條導(dǎo)線關(guān)于X軸鏡像對(duì)稱;沿導(dǎo)線方向?qū)?dǎo)線5或?qū)Ь€6進(jìn)行分割，將導(dǎo)線5或 導(dǎo)線6分割成η個(gè)線段，線段的標(biāo)號(hào)記為m，m=l，2,......，n;測(cè)量每個(gè)線段在X軸上的投影 的長度Axm，每個(gè)線段在X軸上的投影的中點(diǎn)的坐標(biāo)(Λ，八，zKm)，W及每個(gè)線段的中點(diǎn)與 其關(guān)于X軸的鏡像的距離dm;，其中下標(biāo)m的取值為1，2,......，n，并假設(shè)di = d。 步驟Ξ、測(cè)量雙導(dǎo)線傳輸線外加激勵(lì)場(chǎng)的傳播方向，計(jì)算各類傳輸線電參數(shù):單位長電 感單位長電容& 單位長阻抗Zm = Rm+j wLm，單位長導(dǎo)納Ym = Gm+j wCm， 巧 Cl I 口 傳輸常數(shù)f。,=·^/ξX，特征阻抗Z。,,=s/?；7^，其中，Rm為單位長電阻，Gm為單位長電導(dǎo)，ε為 介電常數(shù)，μ為磁導(dǎo)率，j為虛數(shù)單位，ω為電磁波頻率變量，下標(biāo)m = 1，2，......，η; 步驟四、利用公式（1)、（2)計(jì)算外加激勵(lì)場(chǎng)福照條件下的雙導(dǎo)線傳輸線終端的感應(yīng)電 壓V(〇)，V化)與感應(yīng)電流1(0)，1化）：其中正f扶，乂句為坐標(biāo)(x，y，z)處入射電場(chǎng)在X軸上的投影，怎f知知Z)為坐標(biāo)(x，y，z) 處入射電場(chǎng)在Z軸上的投影，Lx為導(dǎo)線在X軸的投影的長度，C為第m個(gè)線段在X軸的投影的 中屯、點(diǎn)的X坐標(biāo)分別為負(fù)載Zi和Z2處的反射系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G06F19/00GK105844092SQ201610162408
【公開日】2016年8月10日
【申請(qǐng)日】2016年3月21日
【發(fā)明人】張夢(mèng)石, 倪谷炎, 李穎
【申請(qǐng)人】中國人民解放軍國防科學(xué)技術(shù)大學(xué)