《电子技术应用》
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电推进羽流电磁效应仿真软件研究与实现
2020年电子技术应用第8期
杨 鑫1，2，李林茜3，魏 兵3
1.贵州大学 大数据与信息工程学院，贵州 贵阳550025； 2.半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心，贵州 贵阳550025； 3.西安电子科技大学 物理与光电工程学院，陕西 西安710071
摘要： 结合时域有限差分法、物理光学法以及非均匀媒质射线跟踪方法，研究了电推进羽流对卫星电磁传输环境的影响，开发了一款电推进羽流电磁效应仿真软件。因软件采用低频与高频算法相结合的计算构架，故可为这类问题分析提供宽频域的解决方案。最后，通过C#平台对所编制程序进行交互设置，为羽流-卫星系统电磁特性分析提供了一种便捷的手段。研究结果对推动仿真软件国产化可起到一定促进作用。
中图分类号： TN014
文献标识码： A
DOI：10.16157/j.issn.0258-7998.200283
中文引用格式： 杨鑫，李林茜，魏兵. 电推进羽流电磁效应仿真软件研究与实现[J].电子技术应用，2020，46(8)：5-8.
英文引用格式： Yang Xin，Li Linqian，Wei Bing. An electromagnetic effect simulation software for electric propulsion plume[J]. Application of Electronic Technique，2020，46(8)：5-8.
An electromagnetic effect simulation software for electric propulsion plume
Yang Xin1，2，Li Linqian3，Wei Bing3
1.College of Big Data and Information Engineering，Guizhou University，Guiyang 550025，China； 2.Engineering Research Center of Semiconductor Power Device Reliability，Ministry of Education，Guiyang 550025，China； 3.School of Physics and Optoelectronic Engineering，Xidian University，Xi′an 710071，China
Abstract： Combined with the finite difference time domain, physical optics and ray tracing in inhomogeneous media, the influence of the electric propulsion plume on the electromagnetic transmission environment around the satellite is studied, and the simulation software for the electromagnetic effect of the propulsion plume is developed. Because the algorithm uses a computational framework based both on the low-frequency algorithm and high-frequency algorithm, it can provide a broadband solution for the analysis of such problems. Finally, using C# platform, a convenient operation interface is obtained, which can provide an effective numerical simulation method for the analysis of the local electromagnetic environment of satellite, and make up for some deficiencies in this field.
Key words : electric propulsion plume；finite difference time domain method；physical optics method；ray tracing method

0 引言

    随着航天理论与技术的发展，特别是在提高航天器有效载荷与深空探测的强烈需求推动下，传统化学推进器的局限性愈发显著，已成阻碍航天技术进一步发展的瓶颈问题。为克服这一问题，于上世纪提出的电推进动力系统逐渐成为研究的重点，并且国外已将该技术成功应用于卫星平台[1-2]，但国内尚处探索阶段[3-4]。因电推进系统产生的羽流是由大量带电运动粒子组成的，这种粒子系统具有等离子体特性，因而也称之为等离子体羽流。显然，羽流的存在会产生电磁辐射而影响卫星电磁环境，必然对卫星通信、导航以及相关电子元器件产生影响，甚至缩短卫星寿命[5-6]。要减弱并尽可能消除这些负面影响，需进行大量的实验研究。若在实际环境中以物理实验方式分析相关问题，必然产生巨大经济代价；而且在太空中展开实验，本身就有极高操作难度和风险。虽然可采用地面物理试验以弥补空间试验的不足，但仅单一地依靠物理试验同样会产生高额经济代价，同时也难以模拟太空的真实环境[7]。有鉴于此，实有必要辅以其他手段研究电推进羽流对卫星电磁环境的影响。就有关研究看，通过研制新的软件平台，能够对推动该问题研究提供一条新的途径。

    围绕电推进羽流对卫星电磁环境影响问题，本文设计了一款电磁效应仿真软件。算法上，该软件采用时域有限差分方法(FDTD)、物理光学法(TDPO)以及非均匀媒质射线跟踪方法(RT)相结合的计算架构，使其具备宽频域的计算特点。然后，通过C#平台封装程序，得到友好操作界面，同时也易于软件后续维护、更新和升级。就现有文献来看，我国相关成果还较少，因而本款软件对推动该领域计算软件的国产化起到一定促进作用。




论文详细内容请下载:http://www.chinaaet.com/resource/share/2000002919




作者信息:

杨  鑫1，2，李林茜3，魏  兵3

(1.贵州大学 大数据与信息工程学院，贵州 贵阳550025；

2.半导体功率器件可靠性教育部工程研究中心，贵州 贵阳550025；

3.西安电子科技大学 物理与光电工程学院，陕西 西安710071)

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