多導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的電磁兼容性分析.pdf

1、從數(shù)千米長(zhǎng)的電力電纜，到幾米長(zhǎng)的電子系統(tǒng)連接通道，再到毫米級(jí)甚至更小的集成電路里的傳輸系統(tǒng)都有多導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的身影，它正被越來(lái)越廣泛地應(yīng)用于航天、艦船、汽車(chē)、電力、通信等領(lǐng)域。多導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)上承載著不同特性的信號(hào)，且信號(hào)的頻率逐漸向高頻、甚高頻擴(kuò)展，再加之電子系統(tǒng)所處的電磁環(huán)境越來(lái)越嚴(yán)苛，因此多導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的電磁兼容性問(wèn)題受到極大關(guān)注。
　　 本文從多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)的單位長(zhǎng)度電參數(shù)求解入手對(duì)多導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)的電磁兼容特性進(jìn)行分析，提出

2、了單位長(zhǎng)度電參數(shù)的直接求解算法、系統(tǒng)級(jí)求解算法，和多導(dǎo)體輻射發(fā)射分析方法，并以算法為依托進(jìn)行拓展，對(duì)多導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)典型電磁兼容問(wèn)題進(jìn)行分析。主要研究成果如下：
　　 1、針對(duì)經(jīng)典方法需要從普適電容矩陣轉(zhuǎn)換間接求解多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)單位長(zhǎng)度電容矩陣，轉(zhuǎn)換過(guò)程復(fù)雜且計(jì)算效率較低的問(wèn)題，提出一種多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)單位長(zhǎng)度電容矩陣的直接求解算法，簡(jiǎn)化了分析過(guò)程，可以適用于任意橫截面形狀，任意導(dǎo)體間距的多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)結(jié)構(gòu)。由于采用電壓變換和矩陣運(yùn)算，新

3、算法提升計(jì)算效率近600％，且計(jì)算結(jié)果具有與經(jīng)典算法相同的精確度。此外，在求解單位長(zhǎng)度電容矩陣的同時(shí)，新算法還能提供精確的多導(dǎo)體電荷分布地圖，反之經(jīng)典算法要求解電荷分布還需經(jīng)歷復(fù)雜的轉(zhuǎn)換過(guò)程。
　　 2、針對(duì)多導(dǎo)體電感矩陣通常需借助復(fù)雜的間接算法求解的情況，提出一種多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)電感矩陣的直接求解算法。利用雙細(xì)線(xiàn)回路方程構(gòu)建矩陣模型直接求解電感矩陣，降低了分析復(fù)雜度；采用矩陣運(yùn)算，在計(jì)算電感矩陣的同時(shí)求解多導(dǎo)體電流分布，解決了傳統(tǒng)

4、間接方法無(wú)法進(jìn)行電流分析的難題。分析過(guò)程中采用非磁準(zhǔn)近似條件和細(xì)線(xiàn)劃分，可適用于寬頻段、任意導(dǎo)體間距，任意橫截結(jié)構(gòu)情況。仿真結(jié)果表明，該算法在電感矩陣和電流分布的計(jì)算上均有較高精度。
　　 3、針對(duì)多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)單位長(zhǎng)度電容矩陣與孤立雙線(xiàn)電容間的關(guān)系缺乏深入研究，電容矩陣通常通過(guò)復(fù)雜微元法求解的問(wèn)題，提出一種利用孤立雙線(xiàn)電容直接構(gòu)建電容矩陣的系統(tǒng)級(jí)求解算法。新算法通過(guò)比較孤立雙線(xiàn)電容與電容矩陣間的結(jié)構(gòu)系數(shù)差異，得到兩者間的聯(lián)系，有

5、助于對(duì)多導(dǎo)體電位形成及電容矩陣構(gòu)成原理的理解。新方法與經(jīng)典方法的誤差小于5％，此外由于內(nèi)存限制經(jīng)典方法無(wú)法求解大于70根導(dǎo)線(xiàn)的電容矩陣，而新方法處理100根以?xún)?nèi)的多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)電容矩陣問(wèn)題都非常容易，且對(duì)于100根導(dǎo)線(xiàn)以?xún)?nèi)的問(wèn)題新算法的計(jì)算時(shí)間均小于60秒，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于經(jīng)典方法的時(shí)間消耗。
　　 4、針對(duì)經(jīng)典方法通常采用微元分析求解多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)單位長(zhǎng)度電感矩陣計(jì)算復(fù)雜且時(shí)間開(kāi)銷(xiāo)巨大的問(wèn)題，提出一種多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)單位長(zhǎng)度電感矩陣的系統(tǒng)級(jí)求

6、解算法。新方法選取整根導(dǎo)線(xiàn)而不是微元作為分析單位，通過(guò)構(gòu)建特殊閉合曲面求解閉合曲面上的磁通量積分，進(jìn)而獲得電感矩陣與孤立雙線(xiàn)電感間的關(guān)系，直接利用孤立雙線(xiàn)電感來(lái)構(gòu)建電感矩陣，為電感矩陣的分析提供了新思路。仿真表明新方法與經(jīng)典方法的誤差小于5％，但平均時(shí)間消耗僅為經(jīng)典方法的10％。
　　 5、針對(duì)多導(dǎo)體互連結(jié)構(gòu)分析進(jìn)行了一系列的電磁兼容性分析。利用多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)串?dāng)_分析和電偶極子序列等效對(duì)多導(dǎo)體傳輸線(xiàn)的輻射發(fā)射進(jìn)行了分析。提出一種可