随着电子信息技术的发展,电磁兼容(Electromagnetic compatibility: EMC)和电磁干扰(Electromagnetic interference: EMI)抑制问题变得越来越重要。虽然人们在应用电磁数值技术方面做了很多研究,实际通信系统中的EMC/EMI问题仍很有挑战性,特别是如何用电磁场数值技术进行系统级EMC/EMI仿真。为此,本文较系统地研究了通信系统在外界电磁脉冲(EMP)作用下电磁效应的混合仿真方法和作用机理。主要工作和创新点总结如下:一、第二章发展了混合FDTD数值方法,提出了融合细导线、窄缝和薄层媒质等特殊细微结构亚网格技术的统一亚网格算法。在混合FDTD方法的基础上,研发了EMP效应分析软件模块,进一步研究了典型通信系统外壳在EMP辐照时的屏蔽效能随频率、入射脉冲参数和几何尺寸的变化规律,并且重点研究了内谐振频率、频率选择表面、观测窗口等因素对屏蔽效能的影响。二、第三章详细研究了典型通信系统外壳在EMP斜入射时的屏蔽效能随频率、入射脉冲参数、细微结构位置、加载细天线负载和其几何尺寸的变化规律,并且研究了同频干扰问题,提出了增强金属腔体外壳屏蔽性能的关键技术。三、第四章提出了改进的屏蔽电缆转移阻抗理论模型以及EMP作用下屏蔽线缆的场线耦合方程。用改进节点法(MNA)和传输线FDTD算法对电缆(互连线)以及电缆网络连接的电路模块分析,然后结合混合FDTD方法,对含有电缆网络、多重能量传输和耦合通道的系统外壳、通过互连网络集成在一起的内部子系统进行了场、线、路一体化综合分析。进一步研究了EMP作用下典型通信系统、屏蔽舱室中电缆网络的浪涌电压、电流传播特性。四、第五章综合分析了集总参数微波电路的场路混合算法,包括单个集总参数单元、单端口网络以及双端口网络的仿真算法,并将双端口网络算法推广到多端口网络情形,给出了微波电路散射参数的提取方法,并对微波电路匹配负载进行建模分析。进一步地,应用场-路混合算法,研究了EMP辐照时混合微带电路和器件的瞬态响应,进而分析其失效状况。五、第六章研究了场效应管在EMP作用下的瞬态电热响应,详细分析了其沟道最大温度、最大温度场与脉冲作用时间的关系、最大温升与脉冲波形的关系,为效应管的电-热防护设计提供理论基础。六、第七章提出了计算效率更高的基于一维坐标的新型任意阶LOD-FDTD无条件稳定算法,并用数值实验和理论证明了算法的无条件稳定性,和ADI-FDTD算法中的数值色散进行了比较,分析了不同参数的变化对提出的LOD-FDTD算法数值色散影响。七、第七章针对隐式LOD-FDTD算法色散误差比较大问题,提出了三维参数优化(Parameter-Optimized LOD-FDTD: PO-LOD-FDTD)LOD-FDTD算法,从理论上证明了PO-LOD-FDTD的无条件稳定性,得到了不同情况下的优化参数,研究了优化参数随时间步长、频率变化情况。数值结果表明PO-LOD-FDTD能大幅度地降低LOD-FDTD算法的数值色散误差,并将该方法用来解决实际电磁兼容问题。八、第八章实验研究了不同种类的小型化、高性能滤波器和有源部件EMP注入效应。通过这些实验,有助于充分理解EMP的作用机理和作用过程。