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基于部分元等效电路法的磁共振超薄射频线圈设计

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基于部分元等效电路法的磁共振超薄射频线圈设计

作者：徐显能重庆大学

学位级别：硕士

在单边核磁共振领域,常采用性能优良,占用空间少,且制作工艺简单的PCB超薄射频线圈作为射频磁场激励和接收线圈。单边磁共振传感器中射频线圈的工作频率一般在几百k Hz到几MHz,集肤效应和邻近效应使得有效电流密度仅分布在铜线表面的薄... 详细信息

在单边核磁共振领域,常采用性能优良,占用空间少,且制作工艺简单的PCB超薄射频线圈作为射频磁场激励和接收线圈。单边磁共振传感器中射频线圈的工作频率一般在几百k Hz到几MHz,集肤效应和邻近效应使得有效电流密度仅分布在铜线表面的薄层;同时,介质基片的极化与线圈周围金属的感应涡流也会影响线圈的阻抗和射频磁场分布。准确且快速计算超薄射频线圈的交流电阻、电感以及目标区域射频磁场分布,有利于线圈尺寸设计。超薄射频线圈厚度只有几十μm,而长度常以厘米甚至米为量级,常规有限元等数值方法在处理这种多尺度电磁场问题时剖分单元数量巨大,消耗的硬件资源和计算时长超过可接受范围。此外,由于考虑金属涡流影响下的射频线圈模型常常不具有对称性,无法建立简洁且可用的解析式进行计算。因此,针对单边核磁共振传感器中的超薄射频线圈,有必要寻找一种阻抗和射频磁场分布的快速计算方法。本文主要工作如下:(1)总结了常用射频线圈电磁场计算方法,采用部分元等效电路(PEEC)模型计算单边磁共振传感器中的超薄射频线圈阻抗和射频磁场;分别推导了只考虑电阻、电感效应的部分元等效电路模型和综合考虑电阻、电感、电容效应的部分元等效电路模型,实现了从电磁场问题到纯电路问题的过渡。(2)给出了PEEC模型的网格单元剖分方法,使得剖分单元数远低于常用的有限元等方法,推导给出了超薄平面矩形螺旋线圈、线圈两端圆截面引接线、介质基片以及线圈底部金属的剖分方法及对应PEEC模型,总结给出了PEEC剖分参数选取方法。并将线圈PEEC阻抗计算的精度和计算时间与实测和商用有限元仿真软件进行了对比。(3)基于毕奥萨伐定律,推导了PEEC模型下射频线圈的磁场计算,分析对比了射频线圈底部金属涡流对线圈阻抗和目标区域射频磁场的影响,给出了射频线圈的简化等效电路与调谐匹配电路。(4)对单边磁共振传感器,以射频线圈信噪比最大为优化目标,利用PEEC法精确且快速计算的优势,对超薄平面矩形螺旋射频线圈尺寸进行参数化扫描,得到了最优线圈尺寸。对硅橡胶复合绝缘子核磁共振测试,成功得到了高信噪比的伞裙CPMG回波信号。结果表明,PEEC法非常适合单边磁共振传感器中的超薄射频线圈设计。

关键词：部分元等效电路交流电阻射频线圈涡流核磁共振

渐近波形估算方法在金属导体部分元等效电路模型缩减中的应用

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电工技术学报 2008年第8期23卷 1-6页

作者：潘启军马伟明陈新刚赵治华孟进张磊海军工程大学舰船综合电力技术国防科技重点实验室武汉430033 海军装备研究院舰船所北京100161

利用部分元等效电路(PEEC)对金属导体进行建模后,通过对角解耦求取系统缩减等效电路时会耗费大量的计算时间和计算机资源。因此,本文根据缩减系统总导纳和原始电路总导纳相等的关系,将两种情况下的总导纳对复频率s进行幂级数展开并令对... 详细信息

利用部分元等效电路(PEEC)对金属导体进行建模后,通过对角解耦求取系统缩减等效电路时会耗费大量的计算时间和计算机资源。因此,本文根据缩减系统总导纳和原始电路总导纳相等的关系,将两种情况下的总导纳对复频率s进行幂级数展开并令对应的系数相等,得到了以解耦缩减等效电路参数为未知量的非线性方程。在此基础上,利用渐近波形估算方法(AWE)对系统进行缩减处理,给出了考虑集肤效应时独立于频率之外的解耦缩减等效电路模型,得到了对应的电阻及电感参数,并通过算例验证了该缩减方法的正确性。本文研究成果为PEEC方法和AWE模型缩减方法的广泛应用奠定了基础,具有较重要的理论和工程应用价值。

关键词：金属导体复频率幂级数展开渐近波形估算方法部分元等效电路模型缩减

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基于重叠型区域分解的部分元等效电路算法

微波学报 2012年第S1期28卷 27-30页

作者：胡俊吴文方大纲南京理工大学电子工程与光电技术学院南京210094

部分元等效电路(PEEC)是一种用于联合分析场和电路的全波工具,但是其直接求解方法不适合大规模复杂结构。基于两个子域的区域分解方案,本文提出了一种基于重叠型区域分解的部分元等效电路的组合算法(PEEC-2ODDM)。该算法建立两个子域上... 详细信息

部分元等效电路(PEEC)是一种用于联合分析场和电路的全波工具,但是其直接求解方法不适合大规模复杂结构。基于两个子域的区域分解方案,本文提出了一种基于重叠型区域分解的部分元等效电路的组合算法(PEEC-2ODDM)。该算法建立两个子域上的等效网络,利用子网络间的受控电压源实现子区域间耦合作用,并通过区域间迭代以实现较大规模的全局PEEC分而治之求解。一个简单的微带传输线结构验证了该算法的可行性和有效性。

关键词：部分元等效电路重叠型区域分解算法电路分析微带线传输线

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周期结构的部分元等效电路建模

周期结构的部分元等效电路建模

作者：潘美凤南京理工大学

学位级别：硕士

本文比较详细地论述了PEEC方法—为了解决三维多导体系统的建模而提出的一种高效算法,其基本思想是用混合积分方程对微波电路的电磁场问题进行严格的数学描述,通过合理的离散化过程,将积分方程转化为由电阻、电容、电感等分立的部分元... 详细信息

本文比较详细地论述了PEEC方法—为了解决三维多导体系统的建模而提出的一种高效算法,其基本思想是用混合积分方程对微波电路的电磁场问题进行严格的数学描述,通过合理的离散化过程,将积分方程转化为由电阻、电容、电感等分立的部分元件构成的等效电路网络模型,然后利用成熟快速的电路分析理论获得电路的响应。首先,本文简要介绍了课题的研究背景以及部分元等效电路方法（PEEC,partial element equivalent circuit）的发展现状。然后,本文对传统PEEC算法进行了简单介绍,并基于matlab编程将PEEC方法用于计算简单金属薄片结构的散射系数。最后,本文主要将传统PEEC算法推广到周期结构,进行理论上的推导后同样借助matlab编程计算频率选择表面（FSS,frequency selective surfaces）结构的散射系数,从而验证建模的可行性及正确性。本文将PEEC算法用于计算金属薄片的S参数得到了正确的结果,对初次移植到周期结构的分析计算也得到了初步结果,该结果为PEEC方法应用于周期结构的建模提供了一定的参考。

关键词：部分元等效电路金属薄片周期结构程序设计

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基于部分元等效电路的电磁建模方法研究

基于部分元等效电路的电磁建模方法研究

作者：丛国瑞国防科学技术大学

学位级别：硕士

针对三维互连结构分析,Albert E. Ruehli提出部分元等效电路(PEEC)方法,由于它的混合电磁-电路建模的特性,显示出比较好的优势。本文比较详细地讨论了PEEC方法,剖析其物理本质和数学背景,用电场积分方程或称混合势积分方程对微波电路... 详细信息

针对三维互连结构分析,Albert E. Ruehli提出部分元等效电路(PEEC)方法,由于它的混合电磁-电路建模的特性,显示出比较好的优势。本文比较详细地讨论了PEEC方法,剖析其物理本质和数学背景,用电场积分方程或称混合势积分方程对微波电路的电磁场问题进行严格的数学描述,通过合理的离散化过程,将积分方程转化为由独立的部分元件构成的等效电路模型。在此基础上,本文推导应用PEEC方法计算S参数的公式,并应用PEEC方法分析了带通滤波器的S参数,并与矩量法的仿真结果进行了对比,得到了比较满意的结果。最后,本文利用PEEC方法对一种四端口耦合器结构进行PEEC建模,同时与矩量法的结果对比分析,得到了比较吻合的结果,符合实际工程要求,体现了PEEC在印制板电路计算和设计方面的准确、快速的优点。

关键词：部分元等效电路 S参数建模电磁-电路混合仿真带通滤波器四端口耦合器

一种改进部分元等效电路模型及其在互连封装分析中的应用

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上海交通大学学报 2000年第6期34卷 737-740页

作者：曹毅李征帆毛吉峰上海交通大学电子工程系上海200030

提出了一种改进的部分元等效电路模型 ,它以矢量磁位的积分表达式和洛仑兹规范代替了矢量磁位和标量电位的积分表达式 ,对积分方程进行展开 .避免了复杂介质结构中的电容矩阵提取 ,节省了计算时间 .同时 ,它以描述系统的改进节点法方程 ... 详细信息

提出了一种改进的部分元等效电路模型 ,它以矢量磁位的积分表达式和洛仑兹规范代替了矢量磁位和标量电位的积分表达式 ,对积分方程进行展开 .避免了复杂介质结构中的电容矩阵提取 ,节省了计算时间 .同时 ,它以描述系统的改进节点法方程 ( MNA)代替了具体的等效电路 .该模型可方便地嵌入更大的系统进行分层次的综合分析 .数值计算的结果与文献值吻合较好。

关键词：高速数字集成电路互连封装部分元等效电路

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基于部分元等效电路的外旁通柜寄生参数分析

电源学报 2011年第4期9卷 1-5页

作者：钟澎张波丘东元华南理工大学电力学院广州510641

外旁通柜是ITER整流电源系统中进行过流和过压保护的重要设备。由于寄生参数的存在,会造成并联支路分流不均,导致个别器件过载而影响整个设备的运行。论文利用部分元等效电路(PEEC)方法,对外旁通柜进行了电路建模和寄生参数计算。最后... 详细信息

外旁通柜是ITER整流电源系统中进行过流和过压保护的重要设备。由于寄生参数的存在,会造成并联支路分流不均,导致个别器件过载而影响整个设备的运行。论文利用部分元等效电路(PEEC)方法,对外旁通柜进行了电路建模和寄生参数计算。最后通过仿真和实验对计算结果进行了验证,表明该方法对外旁通柜寄生参数的分析是正确并且有效的。

关键词：外旁通柜寄生参数部分元等效电路电路建模

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复合材料飞机接地回流网络网内压降分析

航空学报 2022年第1期43卷 495-505页

作者：杨占刚隋政张起浩刘建英中国民航大学电子信息与自动化学院天津300300

为保证机载电气设备的正常运行,复合材料飞机机身需增设金属接地回流网络来满足机上电气系统的接地需求。针对复合材料飞机接地回流网络网内压降计算问题,采用基于导体的体积部分元等效电路方法,对安装在复合材料飞机上的接地回流网络... 详细信息

为保证机载电气设备的正常运行,复合材料飞机机身需增设金属接地回流网络来满足机上电气系统的接地需求。针对复合材料飞机接地回流网络网内压降计算问题,采用基于导体的体积部分元等效电路方法,对安装在复合材料飞机上的接地回流网络进行建模,通过计算接地回流网络接地点间的阻抗及接地回路的电流分布,分析某型飞机28 VDC、115 VAC汇流条上部分配电单元负载在巡航工况下接地网内沿路径的电压降,并考虑了故障电流注入及构件间接触阻抗对接地回流网络网内压降的影响。通过建立简化模型对网内压降进行分析,所提出的网内压降计算方法及仿真计算结果可为复合材料飞机接地回流网络的设计安装、故障管理及电气保护系统设计等方面提供参考。

关键词：复合材料飞机接地电流回流网络压降部分元等效电路

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海上风机遭受雷击时的电磁暂态建模及其应用

海上风机遭受雷击时的电磁暂态建模及其应用

作者：侯宇腾华北电力大学(北京)

学位级别：硕士

近年来,随着能源紧缺与环境问题日益突出,风能以其自身的优势受到了广泛的关注。风机一般装设在较为空旷的野外,容易被雷电击中而受到损坏。相比于陆地,海上雷电更为频繁,高湿度、高盐雾的空气环境导致海上风机更容易受到雷电侵害,因此... 详细信息

近年来,随着能源紧缺与环境问题日益突出,风能以其自身的优势受到了广泛的关注。风机一般装设在较为空旷的野外,容易被雷电击中而受到损坏。相比于陆地,海上雷电更为频繁,高湿度、高盐雾的空气环境导致海上风机更容易受到雷电侵害,因此研究海上风机的雷电响应特性对推动海上风力发电事业的发展具有重要意义。本文对雷击海上风机的电磁暂态响应进行研究。首先,使用诺以曼公式推导了海上风机塔筒单元的部分电感和部分电位系数计算公式,使用部分元等效电路法计算了已有研究中的算例,验证了建模和计算方法的有效性。其次,使用部分元等效电路法建立了雷击海上风机的等值电路,计算了海上风机遭受雷击时桨叶上的过电压水平,并与仿真软件CDEGS的计算结果对比,验证了计算模型的正确性,对比了采用几种常见的风机简化模型对风机桨叶雷电过电压计算的影响,分析了海上风机雷电过电压的影响因素,探究了离散单元数目对部分元等效电路法计算结果的影响。最后,使用部分元等效电路法计算了风机塔筒上的雷电过电压与过电流,分析了雷电流在风机塔筒上的传播规律以及雷电过电压在风机塔筒上的分布特性。研究结果可以为海上风机的绝缘配合整定和防雷系统的优化设计提供参考。

关键词：部分元等效电路海上风力发电机组雷电过电压防雷设计数值计算