网络通信端口的电磁脉冲防护研究

电磁脉冲能通过天线、线缆、孔洞缝隙等途径,耦合非常高的能量进入电子设备,造成严重威胁。文中针对以太网数据通信端口的电磁脉冲防护问题,在介绍了传输线理论的基础上使用软件分别对平行双导线和双绞线进行了电磁仿真,设计了电磁脉冲防护模块,并通过实验验证了其良好的电磁脉冲防护性能。     

静电放电电磁脉冲能量耦合的系统辨识建模

为解决工程应用中电磁脉冲响应仿真计算过于复杂的问题,提出一种基于系统辨识的ESDEMP能量耦合建模方法,选择人体模型和人体-金属模型作为模拟器电路,设计了不同ESDEMP对半圆环天线的耦合实验,将能量耦合通道作为黑箱系统,ESD放电电流和半圆环天线耦合电压作为系统的输入和输出信号,针对人体-金属模型放电测试数据,基于输出误差模型辨识方法,得到了9阶能量耦合传递函数。通过人体模型实验数据对该模型进行验证,结果表明理论预测结果与实测数据拟合度为79.53%。该方法计算简便,也适用于其它电磁脉冲效应仿真研究。     

电磁脉冲对数字电路的辐照效应研究

为研究电磁脉冲对数字电路的辐照耦合规律,介绍了雷电电磁脉冲的模拟装置并以某装备上信息处理的串行数据分配电路为试验研究对象,研究了电磁脉冲辐射场对数字电路的辐照效应,通过改变场的强度、极性、被试器件的类型等试验条件,探讨了电磁脉冲对数字电路的耦合规律。试验结果表明:影响电磁脉冲对电路的辐照耦合的因素有场的强度、接收天线形状、器件电路的内部结构与阻抗特性、设备或系统在电磁场中的方向、以及线上的信号(即高或低电平信号)等。     

典型米波无线电引信电磁脉冲辐照效应

为客观评价某型米波无线电引信的抗电磁脉冲(EMP)干扰能力,构建了引信电磁脉冲辐照效应试验系统,开展了超宽带电磁脉冲(UWBEMP)、核电磁脉冲(NEMP)、雷电电磁脉冲(LEMP)辐照效应试验,分析了受试引信的效应规律和失效机理。试验结果表明:在电磁脉冲辐照条件下,受试引信最敏感受试姿态为引信装定孔正对天线,弹体方向与电场方向平行;主要能量耦合通道为弹体;一定参数的UWBEMP和NEMP可以造成引信意外发火,而LEMP不能造成引信发火;重复频率越高,电磁脉冲对引信的干扰能力越强,同为70 kV/m的UWBEMP辐照场强,单次、10 Hz重频、20 Hz重频和50 Hz重频触发条件下引信的发火率分别约为20%、60%、80%、100%;晶闸管(SCR)为电磁脉冲作用下引信执行电路的敏感器件;受试引信的失效机理为:辐射能量通过弹体耦合到执行电路电源端,耦合电压瞬态变化率超过了晶闸管断态电压临界上升率而使晶闸管导通,进而导致引信意外发火。     

基于浪涌抑制器件的机载电子设备强电磁脉冲防护设计方法

针对机载电子设备的强电磁脉冲防护,介绍了机载电子设备强电磁脉冲防护的指标要求,分析了机载电子设备的强电磁脉冲防护设计方法,提出了浪涌抑制器件关键参数的计算方法,为便于对该方法进行理解和分析,给出了一种典型的强电磁脉冲防护器件的等效电路模型,最后针对负载为AC 115 V/10 A的风挡加热系统对雷电强电磁脉冲间接效应等级4波形4的防护要求,依据该方法对浪涌抑制器件进行指标量化、参数计算和器件选型,并与实际试验数据进行对比验证,证明了该方法的有效性。为机载电子设备的强电磁脉冲防护设计提供技术参考。     

电源线纳秒级电磁脉冲骚扰防护模块设计

针对常用雷电浪涌保护器无法应对快上升沿电磁脉冲骚扰的问题,设计了一种针对电源线的纳秒级电磁脉冲骚扰综合防护模块。该模块使用时域瞬态抑制和频域滤波相结合的方法,将压敏电阻和瞬态电压抑制器(transient voltage suppressor,TVS)作为瞬态抑制电路的主要器件,并研究了中间去耦电感对两种器件配合的影响;滤波模块考虑了线上共模和差模电磁脉冲干扰的防护。试验结果表明,该模块综合发挥了瞬态抑制和频域滤波的优势,可有效将1.5 kV电磁脉冲信号限制到100 V以下,具有较理想的防护效果。     

机载惯性导航设备雷电防护技术与应用

首先介绍了RTCMDO－160标准中的雷电试验方法,在此基础上分析了雷电信号对机载电子设备的影响机制;接着以惯性导航设备为例建立了设备级和电路级的雷电防护模型,并总结了不同电气特性接口的防护设计方法;最后,通过某型机载惯性导航设备的雷电特性试验,验证了防护设计的合理性与有效性。     

无人机天线在雷电效应中的响应研究及性能检测

机载天线安装在无人机表面,容易成为雷电附着点,对无人机的飞行安全会产生严重威胁。 为开展相关设计,并验证设 计的有效性,针对 UHF 机载天线为研究对象,设计了片段式导流条和端口射频雷电抑制器的防护方案。 先后进行了初始先导 附着试验、外部部件瞬态感应试验、电性能测试和系统评估计算。 试验结果表明,天线损伤程度降低,片段式导流条对天线的电 性能影响不超过 0. 3 dB,射频雷电抑制器不影响驻波比、增益。 最终链路余量满足大于 3 dB 的要求,证明了设计的有效性。     

瞬态电压抑制器在快上升沿电磁脉冲作用下的瞬态响应

为了研究瞬态电压抑制器(TVS)对快上升沿电磁脉冲的响应,基于传输线脉冲(TLP)测试理论,建立了由高频脉冲发生器、同轴电缆、专用测试夹具、30dB脉冲衰减器和高性能的数字存储示波器等组成的测试系统。参考时域传输(TDT)TLP测试方法,利用该测试系统,对典型双极TVS器件在快上升沿电磁脉冲作用下的电流特性和电压特性进行了研究,并对试验数据进行了拟合分析。结果表明,TVS器件的箝位电压、峰值电流等参数均随着测试电压的增大而增大,且与测试电压呈线性关系;而由箝位电压决定的箝位响应时间受测试电压的影响较小。经对比分析实验结果得出,对快沿电磁脉冲,采用固定响应时间下的箝位电压来衡量TVS器件的防护性能是较为合理的。     

基于冲击脉冲辐射天线的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统

为给超宽带电磁脉冲效应机理与防护技术的研究提供实验平台,研制了一种基于冲击脉冲辐射天线(impulse radiation antenna, IRA)的高功率超宽带电磁脉冲辐射系统,辐射系统由差分脉冲高压源、锋化开关、IRA和介质透镜等部分构成。设计中,差分脉冲高压源由基于氢闸流管的脉冲源驱动副边中心抽头的脉冲变压器实现;设计的紧凑型锋化开关高度仅为1 cm,开关间隙为1 mm,可嵌入IRA天线馈电点,开关最高工作气压可达3 MPa;基于菲涅尔定理设计了介质透镜,以校正锋化开关和绝缘变压器油对IRA天线辐射中心的影响,改善了天线的辐射特性;辐射系统可通过改变锋化开关的气压和充电电压调节系统辐射功率。测试实验表明辐射系统的主要技术参数如下：在时域,在天线主轴距离口径面5.5 m处辐射电场脉冲上升沿约为330 ps,幅值约为±8 kV/m,远场有效电势最高可达44 kV,辐射功率可调;在频域,中心频率为400 MHz,基于能量范数比定义的信号频带为80 MHz～1GHz,信号带比约为12.5,百分比带宽为170.4%。辐射系统能够为开展超宽带电磁脉冲效应阈值规律及防护技术的研究提供一个辐射...     

无线电引信执行电路抗超宽谱电磁脉冲研究

为了研究强无线电引信对电磁脉冲辐照效应的防护加固措施,对某型引信执行电路进行超宽谱辐电磁脉冲(UWS-EMP)辐照实验,分析了超宽谱电磁脉冲干扰引信执行电路的原因是它能够使引信执行电路中的晶闸管意外导通,使引信发火。对防护加固改造前后的引信执行电路用UWS-EMP进行了对比辐照实验,用PspiceA/D仿真软件进行了仿真实验,结果证明防护加固措施大大提高了无线电引信执行电路抗UWS-EMP的能力,而且对引信的性能没有影响。     

机载超短波话音通信系统性能测试方法研究

鉴于机载超短波电台语音通信系统实际使用环境中出现的一些突出问题,考虑到实验室环境下的测试并不能真实地反映电台实际工作中的性能,本文分析了机载超短波通信系统的生存环境,提出了一种外场条件下机载超短波语音通信系统性能测试方法。通过对电台工作频点处的电磁环境、天线驻波比、发射机性能指标、接收机性能指标等项目的测试,较为全面的掌握了机载超短波电台语音通信系统的性能和电磁兼容方面存在的问题。测试的结果和获取的数据可以有效指导后续的电磁兼容改进和机载超短波电台语音通信系统的兼容工作。     

雷电流缩比A波发生器电路设计与研究

雷电间接效应是指当雷电放电时伴随产生强大的脉冲电磁场,在电磁耦合效应下,部分雷电能量传导或辐射到机载电气电子设备上,引起过电压或过电流,对飞机电气电子设备造成损坏或干扰。为了探究雷电间接效应及其防护[1],根据相关波形标准[2],设计了一种雷电流发生器电路,该电路可以产生用于雷电间接效应研究的缩比A波[3],使用Matlab仿真软件通过改变RLC回路参数来研究影响波形参数的因素,设计出满足要求的波形发生器电路,最后按照仿真电路搭建了一个实际电路,测试结果显示实测波形与仿真波形相吻合,说明该发生器电路达到设计要求。     

超高倍压耦合电感Boost变换器

为提升、稳定新能源发电系统的输出电压,提出一种超高倍压耦合电感DC-DC变换器。采用耦合电路升压结构,使变换器增加新的增益调节单元;采用开关钳位结构,降低变换器开关器件的电压尖峰,吸收耦合电路的漏感能量,提高电压转换效率;对电路进行闭环控制,稳定变换器的输出电压;推演电路的工作模态和状态空间表达式,并与近几年典型的升压电路做比较。通过仿真和实验,分析电路在闭环控制下的稳态性能。研究结果表明：变换器可将18 V直流电稳定地提升到380 V,为提升新能源发电系统的输出电压奠定基础。     

配电线路-变压器系统对强电磁脉冲的电压响应

电磁脉冲易于耦合进入未经加固的架空线缆系统,对接入电子系统具有很强的干扰和破坏作用。为评估其特性和规律,基于Agrawal传输线模型对电磁脉冲作用下配电线路-变压器系统的感应电压进行数值模拟,得到线缆末端感应电压对电缆长度、高度和地表面参数的计算结果;将线缆感应电压作用到10/0.4 kV变压器上,计算了3类10/0.4 kV变压器低压绕组上的感应电压。数值模拟结果表明,配电线路接入未带负载变压器时,波形形状不变,仅电压峰值减小2/3;变压器接入负载时,电压峰值进一步减小1/3,峰时后延,脉宽减小,波形震荡明显减弱以至快速消失。该仿真结果,可用于指导电磁脉冲防护器件的选择,在防护效能的评估上也具有重要意义。     

电磁脉冲防护器件性能测试用同轴夹具研制

测试夹具是电磁脉冲防护器件接入测试电路的必需装置。为此,分析了防护器件高功率电磁脉冲测试对测试夹具的要求,采用多段同轴结构的设计思路,研制了一种专用测试夹具。该夹具采用多阶缓渐变方案和错位补偿技术等;通过经验算式和软件仿真相结合的方法对各部分尺寸进行了优化设计,改善了其高频传输特性。矢量网络分析仪测试结果表明：在1 MHz^3 GHz频段内,该夹具具有良好的传输特性,电压驻波比（voltage standing-wave ratio,VSWR）均小于1.4;除部分频点外,反射系数小于-20 d B;此外,该夹具还具有耐压强度高、元件接入简单、可灵活拆卸等优点。该夹具可有效解决不同类型防护器件高压快脉冲注入下的测试难题。     

快沿脉冲下传输线集总参数电路模型的验证与分析

为得到快沿电磁脉冲对传输线的耦合规律,建立了无损和有损传输线的集总参数电路仿真模型,并利用其他方法和试验结果对其进行了验证。以一端接频变负载的无损三导体传输线为代表,建立了其无损集总参数电路模型,并利用状态变量法验证了模型的正确性。仿真发现:迭代线段长度越短,仿真结果越接近实际值,仿真时间越长;在迭代线段长度相同的情况下,传输线越长,仿真时间越长,2者基本成线性关系。以端接电阻、电容和瞬态抑制二极管的低损4芯电缆为代表,建立了其有损集总参数电路模型,并利用试验验证了模型的正确性。同时发现:负载上的响应与芯线排布、负载类型等有关。研究结果说明采用集总参数电路模型可以分析传输线对快沿电磁脉冲的串扰耦合问题,同时便于解决频变和非线性负载的响应,对多芯互联系统的电磁脉冲防护设计具有指导意义。     

倍频ICPT系统松耦合变压器电磁耦合特性研究

为准确模拟系统的电磁耦合特性并研究有效提高传输效率的方法,选择适合分析松耦合变压器(LCT)的互感电路模型,基于场路耦合能量平衡原理计算电感参数和耦合系数,分析不同电压等级、气隙距离及耦合结构对耦合系数的影响。设计LCT电气参量测量实验,对基于能量平衡有限元法的计算结果进行验证。总结耦合系数的变化规律,为进一步优化系统参数和提高传输效率提供参考。     

逆变器驱动电机系统中的耦合电流

针对由于逆变器驱动电机系统中的PWM电压具有高频和高dv／dt的特性，在电机内部产生共模耦合效应，并产生共模耦合电流流过电机内部的寄生电容这一特点，通过建立的分布参数电路模型和等效的集总参数电路模型，研究了电机内部高频情况下的共模耦合效应，分析了共模耦合电流的基本特性，给出了共模耦合电流的计算方法，对三相系统中的耦合电流进行了试验研究，并讨论了耦合电流对系统性能的影响。结果表明，耦合电流伴随电压的跳变而产生。呈双频振荡，引起电压和电流的畸变，并将引起电机绕组的过电压。     

含有理想变压器的电阻性电路本质安全性能分析

对于含有理想变压器的电阻性电路,由于存在阻抗变换特性,一次侧和二次侧的本安性能需要在不同电压等级下进行评判。在放电电流线性衰减模型和最小点燃曲线的基础上,分析了变压器阻抗变换特性对电阻性电路本安性能的影响,得出理想变压器电压高压测点燃危险性高的结论。最后通过火花试验指出放电能量服从正态分布,并从放电能量角度验证了上述结论。