一种从时域电流源到时域电压源的端口激励转换方法技术

本发明专利技术公开了一种从时域电流源到时域电压源的端口激励转换方法，包括：对电流源的波形进行傅里叶变换，获得该电流源的频谱图、最高频率，并确定采样频率Fs；根据所述电流源波形的持续时间和采样周期的比值确定样本总数N；对电流源的波形按照采样周期进行采样得到电流序列；设置电压激励和仿真频率，对待仿真模型进行电磁仿真，获得对应的输入阻抗序列；将所述输入阻抗序列从N/2个点扩展为N点的扩展阻抗序列Z(f)，进行N点离散傅里叶反变换得到Z(t)；根据欧姆定律，对阻抗序列和电流序列进行N点循环卷积得到时域电压源序列和电压波形。本发明专利技术能够实现使用时域电流源作为端口激励输入条件进行电磁仿真并获得指定位置的电磁场分布。

A port excitation conversion method from time domain current source to time domain voltage source

The invention discloses a port excitation conversion method from a time domain current source to a time domain voltage source, including: Fourier transform to the waveform of the current source, obtaining the spectrum of the current source, the highest frequency, and determining the sampling frequency Fs; determine the sample total according to the ratio of the duration of the current source waveform and the ratio of the sampling period. A number of N; the current source waveform is sampled to obtain the current sequence according to the sampling period; the voltage excitation and the simulation frequency are set up, the simulation model is treated with the electromagnetic simulation to obtain the corresponding input impedance sequence; the input impedance sequence is extended from the N/2 point to the N point extended hindrance sequence Z (f), and the discrete Fourier inverse of the N point is carried out. Z (T) is obtained by transformation. According to Ohm's law, N point cyclic convolution of impedance sequence and current sequence is used to get voltage source sequence and voltage waveform in time domain. The invention can realize the electromagnetic simulation using the time domain current source as the port excitation input condition and obtain the electromagnetic field distribution at the specified location.

【技术实现步骤摘要】
一种从时域电流源到时域电压源的端口激励转换方法
本专利技术涉及电源转换领域，特别是涉及一种从时域电流源到时域电压源的端口激励转换方法。
技术介绍
在电磁仿真计算中，一般要在金属结构间设置端口，在端口上设置激励，激励的形式一般为电压源或功率源，然后通过仿真计算获得规定位置的电磁场分布。时域算法的软件，激励可以设置为任意电压波形，仿真可直接得到规定位置的电(磁)场波形。频域算法的软件，激励设置为电压幅度，仿真得到一系列频点上的电磁场幅度和相位，在软件后处理功能中，设置电压激励波形，通过数据处理得到规定位置的电(磁)场波形。无论频域算法还是时域算法，软件给出的仿真结果都是系统对于电压激励条件下的响应。而实际应用中如果电磁仿真的端口激励输入条件为时域电流波形，则软件功能受到限制，导致电磁仿真无法进行。因此，需要提供一种能够有效将时域电流源的端口激励转换为时域电压源的端口激励的转换方法。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种从时域电流源到时域电压源的端口激励转换方法，能够有效解决端口激励输入条件为电流波形而电磁仿真无法进行的问题。为达到上述目的，本专利技术采用下述技术方案：提供一种从时域电流源到时域电压源的端口激励转换方法，包括：S101：对电流源的波形进行傅里叶变换，获得该电流源的频谱图、推算该电流源的最高频率，并选择采样频率Fs；S103：根据所述电流源波形的持续时间和采样周期的比值确定样本总数N，所述样本总数N大于该比值；S105：对电流源的波形按照采样周期进行采样，采样时间范围为N/Fs，并获得电流序列；S107：设置电压激励和仿真频率，对待仿真模型进行电磁仿真，获得对应的输入阻抗序列；S109：将所述输入阻抗序列从N/2个点扩展为N点的扩展阻抗序列Z(f)，对其进行N点离散傅里叶反变换得到Z(t)；S111：根据欧姆定律对所述阻抗序列和电流序列进行N点循环卷积，得到时域电压源序列和电压波形；其中N为偶数。进一步地，所述采样频率大于两倍所述电流源的最高频率。进一步地，所述样本总数N为双偶数。进一步地，所述电压激励为单位电压激励。进一步地，所述仿真频率设置为：Fs/N，2Fs/N，…，Fs/2，并获得对应的N/2频点的输入阻抗序列。进一步地，将所述阻抗序列从N/2个点扩展到N点，其中第N/2+1点取频率为0时的输入阻抗值，其余数值关于第N/2+1点共轭对称。本专利技术的有益效果如下：本专利技术所述的技术方案能够实现使用时域电流源作为端口激励输入条件进行电磁仿真并获得指定位置的电磁场分布，具有更好的实用性。附图说明下面结合附图对本专利技术的具体实施方式作进一步详细的说明。图1示出本专利技术所述时域电流源的端口激励转换方法的流程图；图2示出本专利技术所述输入电流源的时域波形图；图3示出本专利技术所述输入电流源经采样得到的时域电流序列图；图4示出本专利技术所述输入阻抗的频域图；图5示出本专利技术所述输入阻抗扩展后的频域图；图6示出本专利技术所述输入阻抗的时域图；图7示出本专利技术所述恢复时域的电压序列和电压波形图。具体实施方式为了更清楚地说明本专利技术，下面结合优选实施例和附图对本专利技术做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本专利技术的保护范围。本专利技术的实施例针对线圈模型的电磁仿真提供一种从时域电流源到时域电压源的端口激励转换方法，如图1所示，包括：S101：对电流源的波形进行傅里叶变换，获得该电流源的频谱图、推算该电流源的最高频率，并选择采样频率Fs；首先，对作为电磁仿真端口激励的电流源进行傅里叶变换，如图2所示为输入电流源的波形图，从图2中可知，电流的峰值为4MA，上升沿为1ms，下降沿为4ms，电流持续时间为5ms，该电流波形对应的频谱最高频率约1kHz。进一步地，根据采样定理，采样频率大于两倍该电流源的最高频率，并且该频率取值越高越能完整地保留原始信号中的信息，在本实施例中，采样频率Fs取20kHz。S103：根据所述电流源波形的持续时间和采样周期的比值确定样本总数N，所述样本总数N大于该比值，其中N为偶数；本实施例中，采样周期为50微秒，则电流源波形的持续时间和采样周期的比值为100。根据该比值确定样本总数，样本总数N大于该比值，进一步地，该样本总数N设置为双偶数，在本实施例中，样本总数N取200。S105：对电流源的波形按照采样周期进行采样，采样时间范围为N/Fs，并获得电流序列；确定样本总数N以后，对电流源波形按照采样周期进行采样，采样时间范围为N/Fs，对于超出电流持续时间范围的在序列后补零，以此得到N点电流序列。在本实施例中，按照50微妙的时间间隔对输入电流源波形进行采样，采样时间为10ms，则0～5ms按照电流源波形采样，5～10ms补零，得到如图3所示的200点的电流序列I(t)。S107：设置电压激励和仿真频率，对待仿真模型进行电磁仿真，获得对应的输入阻抗序列；本实施例使用三维全波电磁仿真软件(FEKO软件)对待仿真模型进行电磁仿真，该模型可以为线圈、天线和轨道等需要进行电磁仿真的具体的物理模型。在本实施例中使用线圈模型进行描述，将线圈模型视为一端口网络，在该线圈两端设置端口激励为电压激励，进一步地，该电压激励设置为单位电压激励，即设置1V电压源激励；仿真频率设置为线性扫频，从50Hz到10000Hz，频点数100。设置仿真条件后运行得到如图4所示的100个频点端口上的输入阻抗的仿真结果。S109：将所述输入阻抗序列从N/2个点扩展为N点的扩展阻抗序列Z(f)，对其进行N点离散傅里叶反变换得到Z(t)；将上述N/2点输入阻抗(复数)序列扩展到N点，记作Z(f)，进一步地，其中第N/2+1点取频率为0时的输入阻抗值，其余数值关于第N/2+1点共轭对称，Z(f)对应的N点离散傅里叶反变换为Z(t)。在本实施例中，将100点序列输入阻抗序列按要求扩展到200点，第101点补零，之后按规则补充，得到如图5所示的200点的Z(f)；并对Z(f)进行200点离散傅里叶反变换，得到如图6所示的输入阻抗的时域序列Z(t)。S111：根据欧姆定律对所述阻抗序列和电流序列进行N点循环卷积，得到时域电压源序列和电压波形。按欧姆定律的公式Z(t)，计算N点循环卷积U(t),通过N点电压U(t)序列即可恢复出时域电压信号。在本实施例中，将对电流I(t)和阻抗Z(t)进行200点循环卷积即可得到如图7所示的电压源序列，结合采样时间可恢复出电压波形。至此，设置上述转换得到的电压源为仿真电压激励，使用FEKO软件对待仿真线圈模型进行仿真，即可得到该仿真线圈模型在前述时域电流源激励条件下的仿真结果，即实现了使用时域电流源的端口激励。本专利技术提供的技术方案解决了因端口激励条件为电流波形的电磁仿真无法进行的问题，在实际电磁仿真工作中具有广泛的应用性和推广性。显然，本专利技术的上述实施例仅仅是为清楚地说明本专利技术所作的举例，而并非是对本专利技术的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本专利技术的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本专利技术的保护范围之列。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种从时域电流源到时域电压源的端口激励转换方法，其特征在于，包括：S101：对电流源的波形进行傅里叶变换，获得该电流源的频谱图、推算该电流源的最高频率，并选择采样频率Fs；S103：根据所述电流源波形的持续时间和采样周期的比值确定样本总数N，所述样本总数N大于该比值；S105：对电流源的波形按照采样周期进行采样，采样时间范围为N/Fs，并获得电流序列；S107：设置电压激励和仿真频率，对待仿真模型进行电磁仿真，获得对应的输入阻抗序列；；S109：将所述输入阻抗序列从N/2个点扩展为N点的扩展阻抗序列Z(f)，对其进行N点离散傅里叶反变换得到Z(t)；S111：根据欧姆定律对所述阻抗序列和电流序列进行N点循环卷积，得到时域电压源序列和电压波形；其中N为偶数。

【技术特征摘要】
1.一种从时域电流源到时域电压源的端口激励转换方法，其特征在于，包括：S101：对电流源的波形进行傅里叶变换，获得该电流源的频谱图、推算该电流源的最高频率，并选择采样频率Fs；S103：根据所述电流源波形的持续时间和采样周期的比值确定样本总数N，所述样本总数N大于该比值；S105：对电流源的波形按照采样周期进行采样，采样时间范围为N/Fs，并获得电流序列；S107：设置电压激励和仿真频率，对待仿真模型进行电磁仿真，获得对应的输入阻抗序列；；S109：将所述输入阻抗序列从N/2个点扩展为N点的扩展阻抗序列Z(f)，对其进行N点离散傅里叶反变换得到Z(t)；S111：根据欧姆定律对所述阻抗序列和电流...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘柯，赵培裕，王雅薇，黄陶，白文静，牛军谦，
申请(专利权)人：北京电子工程总体研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11