电磁脉冲模拟器下架空线缆响应的实验研究

实验研究架空线缆的电磁脉冲(EMP)响应。利用有界波EMP模拟器和辐射波EMP模拟器产生的电磁环境,分别开展了架空线缆的响应实验,有界波模拟器下进行了4.6m长、0.5m高的单、多根短线缆响应实验,辐射波模拟器下进行了40m长、3.3m高的长线缆响应实验。实验测试了线缆在端接不同负载时端点处的电流响应,并与基于Agrawal模型的计算结果进行了对比。结果显示,两种实验环境下的测量和计算结果吻合较好。这表明,有界波EMP模拟器和辐射波EMP模拟器均可以开展线缆的EMP响应实验研究,并且实验结果也验证了运用Agrawal模型预测分析线缆EMP响应的有效性。     

有界波电磁脉冲模拟器参数对传播模式的影响

为了从数量上获得有界波电磁脉冲模拟器的各种参数对其工作区间内电磁波传播的影响程度,基于时域有限差分法建立了有界波电磁脉冲模拟器的数值分析模型,并利用建立的模型计算了模拟器参数对电磁场分量的相对大小和电磁波传播模式的影响。结果表明:增大工作区间的长度和宽度可使得电磁波越来越近似于横电磁波模传播,宽度影响效果尤其明显;有耗大地的介电常数基本不影响电磁波传播模;横向方向的电场分量随着有耗大地电导率的增大而逐渐增大。所以工作区间的宽度和有耗大地的电导率是影响电磁波传播模式的主要因素,这对电磁脉冲模拟器设计具有重要的指导意义。     

球面波传播的电磁脉冲下的架空线缆响应

为了研究试验中线缆对球面波产生的耦合量与平面波辐照下产生的耦合量的等效性问题,在电小尺寸假设下,推导得到了球面波与平面波等效的条件。在不满足等效条件的试验设置下,通过威胁级水平极化辐射波电磁脉冲模拟器进行了线缆辐照试验,分别计算了球面波与平面波辐照下的感应电流并于实测波形对比,结果显示球面波计算结果更接近实测波形。数值计算中通过改变线缆长度,获取了长度对两种波传播方式等效性的影响。结果显示,线缆长度当满足等效条件时,计算结果差异不大;当不满足等效条件时,由于球面波会改变线缆的ECL(有效耦合长度),随线缆长度增加,球面波下感应电流显著大于平面波下的感应电流,直至达到饱和,趋于稳定。研究结果可对水平极化模拟器下电磁脉冲效应试验的试验设置提供参考。     

电磁脉冲模拟器仿真与实验研究

为了获得电磁脉冲模拟器工作区间内瞬态电磁场的分布情况并用时域有限差分法对自建的电磁脉冲模拟器进行了建模和数值仿真,并用三维瞬态电场测量系统和瞬态磁场测量系统实际测量了模拟器工作区间内的瞬态电磁场。仿真和测量结果表明,该电磁脉冲模拟器可产生上升沿为20~30ns的强电磁脉冲,且二者吻合较好。基于建立的模型得到了有界波电磁脉冲模拟器工作区间内瞬态电磁场的分布规律:电磁脉冲强度由工作区间中心向两侧逐渐减小,随高度的增加,电磁脉冲强度逐渐增大。基于上述模型通过数值仿真可检验电磁干扰和电磁防护实验结果的准确性。     

基于横电磁波天线的高空核电磁脉冲辐射波模拟器设计

为解决传统核电磁脉冲模拟器存在测试空间受限的问题,提出了基于横电磁波（TEM）喇叭天线的高空核电磁脉冲辐射波模拟器设计方案。通过数值仿真验证了TEM喇叭天线的辐射场波形,指出TEM喇叭天线在应用于辐射式电磁脉冲模拟器时存在低频辐射能力差的问题;通过比较TEM喇叭天线对3种典型核电磁脉冲的辐射能力,发现辐射场的上升沿部分主要取决于激励源的上升前沿陡度,辐射场的脉冲宽度与激励脉冲的宽度有关,可以通过展宽激励源脉冲宽度的方法来补偿TEM天线低频辐射能力差的问题;通过实验验证了利用TEM喇叭天线研制电磁脉冲辐射波模拟器的可行性,但仍需要阻性加载或展宽激励脉冲等方法对TEM喇叭天线的低频辐射性能进行改善。     

用于架空线缆电磁脉冲响应计算的Agrawal和Vance模型比较

为研究在电磁脉冲（electromagnetic pulse,EMP）的作用下,Agrawal和Vance模型在计算线缆响应方面的异同,从理论和仿真两方面分析了2种模型在传输线方程、微分变量、边界条件及激励源方面的区别。结果表明：由于Agrawal模型比Vance模型多出2个由垂直电场产生的等效集总源,故前者计算结果大于后者;若不考虑负载端由垂直电场产生的等效集总源的影响,Agrawal和Vance模型将获得相同计算结果。最后,对于线缆架设高度、线长、电磁脉冲入射角度等参数对2种模型计算结果的影响进行了仿真分析。结果表明：架空线缆线上感应电流分别随架设高度和线长的增加而增大;在[0,π/2]范围内,感应电流分别随极化角、方位角的增加而减小,随俯仰角的增加而增大。     

核电磁脉冲模拟器的分析和设计

从理论上分析了核电磁脉冲中的工作原理,仿真分析了峰化电容器、主开关和引线电感,阻尼电阻和主开关导通时间对输出脉冲前沿和脉宽的影响.实验最后利用峰化电容谐振充电、冷阴极撬棒管导通放电来研制出核电磁脉冲源.在实验工作空间获得前沿为10 ns、脉宽为200 ns、场强达到50kV/m的强电磁环境,适用于GJB151A-97中...     

振荡型有界波模拟器特性阻抗的计算及其影响因素研究

为了研究VFTO对GIS二次设备的影响,需要通过振荡型有界波模拟器对VFTO辐射场进行模拟。模拟器是典型的平板传输线结构,必须保证波的传播路径中特性阻抗连续才能防止发生波的折反射现象,为此需要确定特性阻抗的大小,文中将通过反射系数法对其进行计算。采用CST软件建立振荡型有界波模拟器的模型,在其首端施加上升沿极陡的阶跃信号,对工作空间中心点处的电场波形进行记录,得到入射波与反射波的幅度,根据反射系数与特性阻抗之间的关系可以对特性阻抗的数值进行计算。利用这一方法,分析过渡段长度和电磁场形成装置首末端尺寸对特性阻抗的影响。结果表明,通过反射系数法对特性阻抗进行计算准确度较高并且应用方便,过渡段长度和首末端尺寸均能够对特性阻抗造成影响,过渡段越长,首末端尺寸越小,波的传播路径中阻抗的一致性越好。     

电磁脉冲模拟器空间场建立的数值分析与实验研究

本文利用时域积分方程计算了电磁脉冲模拟器空间场的分布。并将计算结果与实验结果进行了比对,计算结果与实验结果符合得比较好。研究表明,该电磁脉冲模拟器可以产生前沿约１０纳秒的核电磁脉冲波形。     

强电磁脉冲下金属氧化物避雷器瞬态响应特性

高空电磁脉冲是少数能够同时干扰广域分布系统的强电磁脉冲干扰之一,通过场线耦合能在电力传输线上形成纳秒级上升沿、数千安培的传导环境。为了研究电力系统关键易损性设备的强电磁脉冲效应,评估电力系统的高空电磁脉冲生存能力,有必要通过实验研究现有常规金属氧化物避雷器对高空电磁脉冲的瞬态响应特性。本文通过实验获取了高空电磁脉冲标准传导环境下金属氧化物避雷器的过冲峰值、残压峰值以及响应时间等关键参数,并通过实验分析了金属氧化物避雷器加电与不加电状态对关键参数的影响。实验结果表明：高空电磁脉冲传导环境作用下该型金属氧化物避雷器的过冲电压峰值为雷电冲击电流残压峰值的2.19倍;其残压峰值相对于雷电冲击电流残压峰值提高了115.6%;响应时间基本不随脉冲电流幅值变化。另外,是否加电对该型避雷器过冲峰值、残压峰值、响应时间等参数随脉冲电流幅值变化规律的影响可忽略。     

800kV雷电电磁脉冲场模拟器的研制

为了模拟雷电放电过程中产生的电磁脉冲场,建立了雷电模拟系统的等效电路模型,分析了各种电路参数对模拟器输出波形的影响;根据等效电路各参数,利用Marx发生器作为雷电电磁脉冲源,使用有界波模拟器作为场传输装置,研制了雷电电磁脉冲模拟系统,在有界波传输线内产生上升时间和半波宽度可变的双指数电场波,用来模拟雷雷击过程中产生的雷电电磁脉冲辐射场。测量结果表明,合理选择参数可以在有界波传输线内模拟1.2/50μs的雷电电磁脉冲远场电磁波;输出波形的峰值场强、波前时间和半峰值时间的变异系数表明该模拟器具有良好的重复性;并且传输线内峰值场强和Marx发生器充电电压有比较好的线性关系。     

电磁脉冲模拟器用纳秒脉冲源的研制

随着电磁武器的发展,电磁脉冲及其防护技术再次成为关注的焦点。简要介绍了核电磁脉冲模拟器的标准电场波形和脉冲源的组成及其基本原理,论述了脉冲分压器的设计。分析显示,所研制的新型电阻分压器可以减少响应时间和上升时间3ns以上。实验结果表明,该分压器可以用于上升时间为1ns以上脉冲的测量。研制的脉冲源的输出脉冲满足设计要求,峰值电压高于26kV,上升时间小于2.8ns,下降时间约55ns。     

激光聚变物理中电磁脉冲辐射特性研究

激光聚变物理过程中会产生大量的电磁脉冲辐射,该电磁脉冲频谱宽,强度大,会对各诊断设备的正常运行以及精密测量造成不同程度的影响。为了研究该电磁脉冲的特性,为其产生机制研究和优化防护措施提供依据,对本次实验,在神光Ⅲ主机装置上进行。并在靶室内外搭建天线诊断系统,对电磁脉冲信号进行采集。本文讨论分析了靶室内小盘锥和矩形全向天线所采集的信号,并且两款天线所测时域信号值在特征峰位置吻合得相当好,所测频谱也最大范围的囊括了示波器的频域值,图像清晰的显示了激光与黑腔靶相互作用过程的4个电磁脉冲产生机制。     

同轴电缆强电磁脉冲辐照下的终端负载响应规律

为清楚得到设备互联电缆在超宽带辐照条件下的耦合响应规律,以典型射频同轴电缆为受试对象,将电缆终端连接的设备等效为集总负载,通过对其进行超宽带辐照效应试验,分析了受试电缆长度、终端负载状态等对同轴电缆终端负载响应规律的影响。结果表明:同轴电缆对电磁辐照响应具有选频特性,终端负载响应电压的峰值出现在电缆相对长度为1/2的整数倍的频点;同轴电缆受到超宽带辐照后,感应皮电流通过转移阻抗转化为芯线与屏蔽层之间的差模感应电压,而这一感应电压源的内阻就是同轴电缆的特性阻抗;同轴电缆终端等效负载阻值的变化不会对电磁脉冲辐照响应波形产生影响,但影响其响应电压峰-峰值的大小,终端负载与等效感应电压源内阻上的电压响应满足分压原理;屏蔽室内部采用不同长度的连接电缆时,受试电缆超宽带辐照终端负载响应电压相近、峰值响应频点基本相同,说明了屏蔽室内连接电缆的长度对受试电缆超宽带辐照终端负载的响应无明显影响。     

高空电磁脉冲作用下埋地电缆的瞬态响应规律

为研究埋地电缆对高空核爆电磁脉冲(HEMP)的响应规律,利用快速傅里叶变换和逆变换技术计算了地下电磁脉冲环境。将入射波的极化角、方位角和仰角作为一组随机变量,计算了入射波状态对响应电压、电流影响的统计规律,研究了大地参数和电缆状态对感应信号的影响规律。结果表明:入射角度在[0,π/2]范围内变化时,在相同的累积概率下,电缆末端响应幅值总大于首端响应幅值;电缆芯线电导率和绝缘层介电常数对感应电流基本无影响;电缆电压及电流响应幅值随大地介电常数和电导率的增大而减小;与HEMP早期分量的感应电流相比,中期分量的感应电流幅值仅为前者的0.1~0.2倍,但脉宽可达几百μs,大地电导率对中期分量的感应信号影响小。     

半导体三极管电磁脉冲损伤功率实验研究

针对硅微波低噪声三极管2SC3399进行方波电磁脉冲效应实验,主要研究三极管在方波电磁脉冲作用下造成损伤的损伤功率表达式,通过对损伤功率进行统计分布,发现三极管损伤能量值基本符合正态分布.     

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...     

基于NARX神经网络的电子电路电磁脉冲响应建模

针对内部结构不详、器件参数未知的复杂电子电路电磁脉冲响应建模这一难点问题,笔者采用NARX神经网络建立动力学模型,并提出了采用正弦波扫频信号及其电路响应作为训练数据的方法,同时给出了NARX神经网络建模的理论基础及设计步骤,证明了集总参数电路响应模型可用NARX神经网络所建立的动力学模型替代,从而得到了基于数据的电子电路电磁脉冲响应建模方法。运用ADS软件完成滤波器电路及射频放大电路的设计与仿真,建立NARX神经网络模型并得到了较好的预测效果,验证了该方法适用于集总参数电路的电磁脉冲响应预测。对NARX神经网络的缺陷进行简要分析,并提出使用遗传算法优化网络参数和使用支持向量机或极限学习机替代NARX神经网络中前馈神经网络部分的改进方法,为后续研究工作指引方向。     

高空核爆电磁脉冲对便携式监护仪的辐射效应

高空核爆电磁脉冲（HEMP）对电子和电气设备构成严重威胁,但是目前针对军队急救医疗卫生装备的电磁脉冲（EMP）耦合效应及防护研究还比较薄弱。因此以某款当前军队医院所使用的便携式监护仪为研究对象,利用有界波电磁脉冲模拟器模拟产生HEMP进行辐射试验,评估HEMP对监护仪的辐射效应,在各种试验条件下测量干扰场强阈值,分析H...     

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。