雷电脉冲对移动通信基站影响的研究

随着我国科学技术的进步和社会经济的发展,通信电子和微电子等设备得到广泛的应用,移动通信基站作为通信传输信号的重要基础设施,对于移动通讯信号的发射、传输、接收具有重要的影响。由于需要接收、传输通信信号的缘故,一般来说,移动通信基站一般都会建立在空旷的平原或者地势较高的山区,因而通信基站很容易受到雷电击。但雷电是一种强电磁冲击现象,并且具有特定的时间性。文章将通过雷电对移动通信基站铁塔的分析,对天线电缆进行建模,探析雷电脉冲对移动通信基站的影响。     

基于FDTD的雷电脉冲对飞机介质舱体内干扰作用的研究

该文提出一种利用时域有限差分计算雷电磁脉冲对飞机碳纤维介质舱体内的干扰作用的分析方法。将雷电通道等效为垂直于无限大导体地面的线天线,利用天线场区划分的概念将雷电电磁场划分为近区场和远区场。在远场情况下,通过在舱体侧设置平面波源来分析雷电脉冲对舱内的干扰;在近场情况下,通过在舱体一侧设置延伸至完全匹配层(PML),并与PML外金属边界相接的线电流来模拟一段雷电通道,有效避免了传统设置线电流时的静电积累效应,并分析近距离雷电对舱体的干扰。计算结果与解析结果吻合较好。分析解决了雷电脉冲的近场和远场情况下飞机碳纤维舱体内的电场分布及变化情况,为飞机介质舱体的电磁加固提供依据。     

传输线端接复杂电路的电磁耦合时域分析方法

该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合Ngspice软件,提出一种高效的时域混合算法,能够快速模拟空间电磁场作用传输线端接复杂电路的电磁耦合问题。该算法的优势在于实现了空间电磁场辐射与端接复杂电路瞬态响应的协同计算,且避免了对传输线和复杂电路结构的直接建模。首先,将复杂电路通过传输线的特性阻抗进行等效,采用FDTD方法结合传输线方程,求解得到特性阻抗上的入射电流响应。然后,在每个时间步上,将该电流引入复杂电路作为激励源,联合电路模型建立网表文件。最后,使用Ngspice软件读取网表文件,并仿真得到电路各元件上的瞬态响应。通过相应计算实例的数值模拟,与电磁场仿真软件CST的计算结果以及耗用内存和时间进行对比,验证了算法的正确性和高效性。

     

传输线端接复杂电路的电磁耦合时域分析方法

该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合Ngspice软件,提出一种高效的时域混合算法,能够快速模拟空间电磁场作用传输线端接复杂电路的电磁耦合问题.该算法的优势在于实现了空间电磁场辐射与端接复杂电路瞬态响应的协同计算,且避免了对传输线和复杂电路结构的直接建模.首先,将复杂电路通过传输线的特性阻抗进行等效,采用FDTD方法结合传输线方程,求解得到特性阻抗上的入射电流响应.然后,在每个时间步上,将该电流引入复杂电路作为激励源,联合电路模型建立网表文件.最后,使用Ngspice软件读取网表文件,并仿真得到电路各元件上的瞬态响应.通过相应计算实例的数值模拟,与电磁场仿真软件CST的计算结果以及耗用内存和时间进行对比,验证了算法的正确性和高效性.     

通道高度对雷电回击电磁场的影响研究

主要研究了雷电回击通道高度对回击电磁场的影响，同时选取不同通道高度基于BG、TL、MTLE、MULS和TCS五种雷电回击模型计算了雷电回击在不同水平距离产生的地面电磁场，指出了国外文献计算回击电磁场时在选取通道高度方面存在的问题，并作出了合理的解释。     

屏蔽腔内任意高度线缆端接TVS管电路的电磁耦合时域分析

该文基于时域有限差分(FDTD)方法和传输线方程,结合插值技术和牛顿迭代法,提出一种新的时域混合算法,能够快速模拟屏蔽腔内任意高度线缆端接瞬态电压抑制(TVS)管电路的电磁耦合问题,并实现空间电磁场与线缆和电路瞬态响应的同步计算。该算法首先利用FDTD方法结合STL网格剖分技术实现屏蔽腔结构的快速建模以及腔体内空间电磁场分布的准确模拟。然后利用传输线方程结合插值技术建立腔体内线缆的场线耦合模型,结合FDTD方法,迭代求解出线缆上的电压和电流响应。对于线缆端接的TVS管电路,列写电压电流方程,采用牛顿迭代法计算得到电路端口的电压响应。通过与电磁仿真软件的计算结果进行对比,验证了所提时域混合算法的正确性。研究表明,该算法能够很好地应用于屏蔽腔内线缆端接负载的TVS管限幅防护设计。     

架空线路感应电压的计算与分析

架空线路受外界电磁脉冲的作用,会产生感应电压。为研究这个问题,本文选择修正传输线模型作为雷电通道 回击模型,得出雷击大地情况下的感应电磁场,并计算了考虑大地损耗的水平电场分量。用Agrawal 场线耦合模型和时 域有限差分法(FDTD)计算了雷击线路附近引起的线上感应电压情况,将计算结果与相关文献进行对比,结果一致,验证 了本文方法的正确性。最后,分析了不同端接负载对线路感应电压的影响,得出了感应电压在不同端接负载时的变化规 律和特点,为分析实际工程情况提供一定的参考。     

一起由通讯基站引发的雷灾调查

通过对通信基站及邻近村庄雷击事故现场进行调查、询问、勘察、结合市气象台当时的气象资料,通过理论计算和科学推断来分析此次雷击事故的灾害性质及致害原因,并提出防范措施及建议。     

回击速度对雷电电磁场近似关系的影响

为了探索雷电回击通道底部电流与回击电磁场之间的关系,基于TL模型在近场区和远场区对雷电电磁场近似表达式进行了推导,在此基础上研究了回击速度对底部电流和雷电电磁场之间近似性的影响。研究结果表明：在近场区电磁场与底部电流之间的差异主要集中在峰值部分,而在远场区二者之间的差异主要集中在峰值过后的下降沿部分,但无论在近场区还是远场区,二者之间的偏差均会随着回击速度的增大而减小,当回击速度接近光速时,二者波形几乎完全重合。在v=c时基于不同的电磁场成分对电磁场与底部电流之间的关系进行了推导,结果显示当v=c时近场近似与远场近似将统一为一个相同的表达式,且此表达式在推导过程中不存在任何近似,进一步证明了当v=c时,无论在近场区还是远场区地表电磁场波形与底部电流波形完全一致。     

雷电回击速度非单调变化对电场波形的影响分析

针对回击速度的非单调变化,采用回击通道分段的思想,建立了速度非单调变化条件下的回击工程模型,并检验了该模型的有效性与准确性.基于变速度的回击工程模型,分析了回击速度非单调变化对电场的影响,发现回击速度主要通过影响电场辐射场分量来改变回击电场波形,并导致回击电场出现次峰现象.文中还分析了回击速度的不同变化趋势对电场波形的影响和速度峰值所在高度不同时电场的变化规律.结果表明:当速度峰值所对应高度不变的情况下,回击速度增长越快,电场曲线次峰的上升段越陡;速度衰减越慢,次峰之后的凹陷程度越不明显;速度峰值所在高度越低,电场次峰出现越早,表明回击速度的变化对回击波形的精细结构有显著影响.通过建立变速度的回击工程模型,可加强对电场波形精细结构的理解与认识.     

核电脉冲对导体平面窄缝隙穿透的时域计算

针对无限大导体平面上存在任意形状窄缝隙的情况,假设核电脉冲从一面入射.以窄缝隙上等效面磁流为未知量建立时域微积分方程,并寻求到一种稳定有效的数值求解方法,编程计算了导体平面另一边的穿透电场时域特性.计算结果表明,核电脉冲对导体平面窄缝隙的电磁穿透较大.     

基于传输线方程的多根非平行传输线串扰分析

非平行结构的传输线在电力电子系统中普遍存在,当其上通有电压和电流信号时,会在周围传输线上产生串扰响应。采用时域传输线方程建立多根非平行传输线之间的串扰模型,结合FDTD方法,分析在脉冲集总源激励下受扰导线始端和终端负载上的串扰电压响应特性,将其结果与仿真结果对比,验证了该方法的正确性。研究结果表明,非平行结构中受扰线始端和终端负载上的串扰电压响应随着传输线离地面高度的增大而增大,随着传输线之间夹角的增大而变小,且减小的趋势逐渐减弱,从而为线缆间的串扰防护提供了参考依据。     

感应过电压对输电线路耐雷水平的影响

对于室外架设的输电线路和电线杆等设施,雷电发生时产生的感应过电压所造成的输电线路问题不容忽视,而感应过电压现象的出现还会对输电线路的耐雷水平产生影响,造成长期损伤。文章从计算的角度分析了感应过电压对输电线路耐雷水平的影响情况,分析了感应过电压的影响因素,提出了感应过电压现象的控制办法,旨在提高输电线路的耐雷水平,降低感应过电压的影响。     

基于时域BLT方程的传输线介电损耗分析

介电损耗是由于介质的绝缘不完善引起的,为了研究介电损耗所产生的影响,考虑带有漏电导的均匀有耗传输线。对BLT方程从频域到时域进行了推导,完善了时域上的BLT方程,目的是利用时域上的BLT方程对有瞬态信号源激励的传输线负载的响应电压进行计算,并通过这一计算结果来分析介电损耗所产生的影响。结果显示介电损耗的存在使终端负载的瞬态响应电压发生了衰减,并且这种影响是非线性的。     

电脉冲除冰系统积冰检测的数值仿真与分析

为实现防除冰系统一体化,本文提出一种利用低压电脉冲除冰系统作为热激励进行积冰检测的技术,从理论角度论述了基于电路-电磁-传热耦合物理场的原理,并运用有限元数值仿真求解了各物理场状态,得到了积冰表面温度分布状况.同时讨论了设计参数如间距、放电电压、蒙皮厚度这3个参数对积冰表面温度的影响,得出了蒙皮-线圈间距越小、蒙皮厚度越小、放电电压越大,越能有效提高积冰表面温度,可改善积冰检测效果的结论.该方法为防除冰系统一体化设计提供了分析思路.     

PCB上微带线的电磁耦合时域建模分析方法

基于时域有限差分方法和传输线方程,结合高效网格建模技术,文中提出了一种高效的时域建模算 法,它能有效解决微带线的电磁耦合建模问题,实现空间电磁场与微带线瞬态响应的同步计算。首先,结合经验公 式,计算得到微带线的单位长度分布参数,构建适用于微带线电磁耦合分析的传输线方程。然后,采用时域有限差 分(Finite-Difference Time-Domain, FDTD)方法,结合非均匀网格技术和自动网格生成技术,仿真得到微带线激励场, 并在每个时间步进上引入传输线方程获得等效分布源项。最后,对传输线方程使用FDTD 的中心差分格式进行离 散,实现微带线及其端接电路上瞬态响应的迭代求解。为了验证时域建模算法的正确性和高效性,通过自由空间和 屏蔽腔内PCB 上微带线电磁耦合的数值模拟,从计算精度和耗时两方面与传统FDTD 方法的计算结果进行了对比。     

等离子体限幅器对雷电防护效果的试验分析北大核心CSCD

雷电对于各类装备及民用系统的电子设备有着极大的破坏作用,引起射频系统损坏的主要为感应雷,而现有的设备无法满足射频系统的防雷需求。文章对微波防护用等离子体限幅器的雷电防护特性进行了研究并开展了相关试验,结果表明,等离子体限幅器可以起到雷电防护的作用,对于感应雷电波形的幅值及波形均有着一定的限制,在等离子限幅器后接入PIN限幅器所形成的级联防护器件对后方的电路起到了有效的防护作用。     

基于时域BLT方程的插槽对微带线间串扰分析

紧密放在印制电路板上的多条微带线之间会产生串扰,这是电磁干扰领域一个非常重要的问题,而接地插槽则会对微带线间的串扰产生影响,所以研究接地插槽对微带线间的串扰影响也是非常重要的。在本文中,使用时域BLT方程结合FDTD方法分析微带线间的时域串扰,将其结果与仿真结果进行了比较,验证了该方法的准确性,并分别改变槽的宽度和长度来分析微带线之间串扰的影响。分析结果表明:微带线间的串扰随着槽的宽度增大而增加,微带线间串扰的时间范围随着槽的长度增大而增大。     

电磁场时域数值算法的新进展

电磁场时域计算方法由于一次计算可以获得目标的时域响应,结合傅里叶变换得到宽带信息等的优势越来越受到关注.本文介绍了近年来时域有限差分（finite-difference time-domain,FDTD）法和时域有限元（finite element time-domain,FETD）无条件稳定算法方面的研究进展以及FETD算法的更新方案——时域非连续伽辽金（discontinuous Galerkin time-domain,DGTD）方法的新进展.