雷电电磁脉冲场对双绞线的耦合研究

为研究双绞线短线缆在雷电电磁脉冲场辐照下终端负载的感应电压,利用WU-800 型MARX 源和有界波模拟器来模拟雷电电磁脉冲场,对双绞线进行辐照耦合试验。试验中改变雷电电磁脉冲场波形、双绞线长度、辐射场与线缆夹角、双绞线终端负载（线性及非线性）,观测双绞线终端负载处的响应电压,分析响应规律。结果表明：雷电电磁脉冲场的上升沿对线缆耦合电压幅值影响较大,脉宽对耦合电压影响较小;辐照试验中线缆长度具有选频特性,随着短线缆长度的增加,终端负载响应电压的主频点逐步降低,但幅值逐步增大;电场极化方向对线缆终端响应幅值有较大影响,但并不改变响应波形;线缆在辐照情况下对终端负载可等效为一电压源,受测端负载电压满足电压源分压原理,非受测端负载改变等效电压源的内部参数,但影响较小;双绞线连接二极管,会显著影响耦合电压的频谱分布,同时幅值也会改变。     

近地电缆屏蔽层对高空核电磁脉冲响应的研究

为了研究近地面电缆屏蔽层对高空电磁脉冲的耦合规律,依据传输线理论,计算了在高空核电磁脉冲作用下损耗大地上电缆屏蔽层上的感应电流。利用快速傅立叶变换技术,首先得到近地面电缆屏蔽层感应电流的频域解,然后采用快速傅立叶逆变换技术得到时域解。得到了感应电流随电缆长度、电缆架设高度、电磁脉冲极化角、方位角、俯仰角、端接阻抗和大地电导率等的变化规律。     

电磁脉冲在地下的传播特性研究

对于电磁脉冲的传播来说,大地是一道天然的障碍,因此研究电磁脉冲在地下的传播规律,并将其用于线路和设备的抗电磁干扰,是很有意义的。本文分析了HEMP电场在地下的传播规律,并比较了HEMP和雷电磁脉冲(LEMP)、超宽带电磁脉冲(UWB EMP)在地下的传播情况,比较了HEMP在地下和地上的传播情况,结果表明:高频电磁脉冲电场在地中随深度增加而快速减小,低频电磁脉冲变化较小;高频电磁脉冲电场随大地电导率减小而增大、脉宽变宽,随大地介电常数增大而减小,随入射波极化角和方位角增大而减小,随俯仰角增大而增大。然后,根据电磁脉冲在地下的传播规律提出了电磁防护措施和建议。本文的研究有利于指导地下设备的电磁防护设计。     

近地面线缆电磁脉冲效应分析

分析线缆的电磁脉冲效应机理是采取措施、加强线缆电磁防护的必要步骤。以高空核爆电磁脉冲（ HEMP ）作为入射源,基于时域有限差分（ FDTD）方法和Noda细线模型,分析计算了不同状态下近地面线缆的电磁脉冲效应。结果表明,由于受到地面环境场的影响,地面附近开路线缆的响应电流其幅值比在自由空间中的小,振荡频率亦在逐渐降低;带负载线缆在电磁脉冲的作用下,负载的响应电流随阻抗的不同亦呈现出明显不同的特征。所得结论有利于指导线缆的电磁防护。     

斜向通道地表雷电电磁脉冲场分布规律研究

通过分解电流微元偶极子并求解Maxwell方程组,得到了斜向通道雷电电磁脉冲(Lightning Electromagnetic Pulse,LMEP)场解析表达式;基于此斜向通道模型,研究了不同方位角和回击速度时的雷电电磁场分布规律.结果显示:近场区电场分量随方位角的变化规律要受到放电通道倾斜程度的影响,但是其他场区的电场分量和任意场区的磁场分量初始峰值均会随方位角的增加而减小;当回击速度改变时近场区电磁场分布规律保持不变,但在中间场和远场区电磁场初始峰值将随回击速度的增大而增大.     

非屏蔽多芯线缆耦合通道大电流注入等效试验方法

从非屏蔽多芯线缆单一线对大电流注入等效替代辐照模型出发,提出了单一线对的大电流注入严格等效辐照的试验方法.以非屏蔽四芯线为试验对象,探索了非屏蔽多芯线缆终端响应规律,发现各线对并不能同时严格等效.在此基础上,提出了非屏蔽线缆耦合通道加严等效的试验方法,并进行了试验验证.试验结果证明,提出的大电流加严等效注入的方法是可以...     

某型车载电台强电磁脉冲环境效应仿真和试验

为检验某型车载通信超短波电台在高空核电磁脉冲环境下的生存能力,对该型电台建立全尺寸模型,进行了电磁脉冲耦合仿真分析,对比了该电台鞭状天线的前门耦合以及各互连线缆的后门场线耦合电流量级,得到前门耦合大于后门耦合的结论.结合仿真结果,对电台的强电磁脉冲环境适应性试验方法进行了设计,并采用威胁级辐照方法,采用垂直极化的电磁脉...     

高空核爆电磁脉冲E2部分对架空管道的影响

高空核爆电磁脉冲会通过管道的耦合作用,对各种电子设备和系统造成严重的影响和破坏.为了研究高空核爆电磁脉冲对架空管道的影响,首先通过麦克斯韦方程给出了高空核爆电磁脉冲对架空管道的耦合方程,然后应用格林函数法求解微分方程得到管道上感应电流和电压的频域表达式,再应用傅里叶反变换得到电流和电压的时域波形.最后计算了基于IEC标准波形的高空核爆电磁脉冲E₂部分作用下架空管道的感应电流和电压.     

电磁脉冲对电缆耦合问题的理论研究

为克服传输线方程求解电磁脉冲电缆耦合问题的不足,提出了有限差分求解电场积分方程的方法,解决了架空电缆电磁脉冲耦合效应的数值模拟难题;引入了基于细线散射的时域有限差分法,解决了地面铺设电缆电磁脉冲耦合效应的数值模拟难题。利用时域电场积分方程方法研究了长度、线径等电缆参数变化及脉宽、极化方向等馈源参数变化对其电磁脉冲耦合效应的影响。给出了电缆耦合电流的波形特征、沿线分布规律。研究表明:在电磁脉冲作用下,自由放置的电缆,其感应皮电流为衰减振铃波形;电流最大值出现在电缆的中心处;随着电缆长度的增加,电缆上的感应皮电流非线性变大;电缆线径的增加、脉冲宽度的改变对其耦合电流峰值影响较小;电场的极化方向对电缆感应皮电流的影响较大。     

车内线缆的高空核电磁脉冲响应分析

复杂电磁环境中的车载电子设备受制于高空核电磁脉冲的威胁,其内置线缆的电磁效应与防护决定了特种车辆的生存能力及性能发挥。文中采用基于FTDT算法的电磁仿真软件CST,建立了车辆壳体的电磁模型以及车辆内置线缆布局模型,并仿真分析了车内线缆的高空核电磁脉冲电流电压响应。仿真结果表明,双绞线上响应电压较大而响应电流较小;同轴线的响应电压较小响应电流较大。有屏蔽体的线缆在HEMP照射时的响应电压电流和无屏蔽体时相比显著减小。但是,实际车辆壳体存在孔缝,响应电压电流的在部分频点产生谐振,导致电压电流出现较大值。文中的仿真分析结果对车载电子设备的电磁脉冲防护具有一定的实际工程意义。     

设备级线缆强电磁辐照敏感度仿真分析

针对近年来复杂电磁环境中强电磁脉冲攻击,研究得出设备级强电磁辐照敏感度仿真分析方法。该方法采用3D电磁场仿真及2D电路仿真相结合的手段,通过建立几何模型、定义材料参数、添加负载及激励源、放置监测探头等步骤,最终仿真得出设备外壳内部及线缆上耦合电流的时域、频域特性。由仿真结果可知,设备内部及线缆上耦合的电压、电流在极短时间内即可达到具有破坏性的峰值,且其同时具备较宽的频谱,从而可对多种电子设备造成毁伤。因此,当电子设备处在复杂电磁环境强电磁脉冲攻击下,必须采取一定的强电磁保护措施。本仿真方法也可适用其他通用电子设备强电磁辐照敏感度仿真分析。     

线缆系统电磁脉冲实验中的抗干扰设计

为建立线缆系统电磁脉冲只有X射线的理想实验辐照环境,提出了一种针对同轴线缆的线缆系统电磁脉冲实验中的抗干扰设计。通过在实验同轴线缆外部套一层管状金属屏蔽,有效降低外界电磁辐射干扰,同时降低屏蔽本身发射电子对实验线缆产生的耦合,最终根据测到的信号反推出真实的系统电磁脉冲(SGEMP)响应。仿真计算与辐照实验验证了抗干扰设计的可行性。对实验线缆的仿真所得电压时域波形与实验结果基本一致,在误差范围内,可以认为仿真结果与实验结果基本吻合。     

新能源充电线缆的高空核电磁脉冲响应

随着新能源技术的不断发展,多频器件和高压线束的大量应用使新能源车辆电磁兼容问题日趋复杂,研究特种车辆新能源充电线缆的复杂电磁环境效应与防护问题具有重要工程价值。文中选择一种新能源充电线缆,利用三维电磁场仿真软件(CST)建立电磁干扰源和充电线缆模型。基于场线耦合原理,仿真分析高空核电磁脉冲照射下的混合动力装甲车内部新能源充电线缆电磁响应。仿真结果表明,同一线束同种线缆横截面积越大,线缆端口耦合电流越大;在同一干扰脉冲照射下,不同线缆端口耦合电流达到峰值的时间以及开始衰减的时间不同;以及线缆布局影响线缆端口耦合电流的大小;线缆阻抗匹配时的耦合电流远远大于阻抗失配时的耦合电流;新能源充电线缆与传统车载SYV-50-3同轴线缆的高空核电磁脉冲响应变化规律吻合良好。     

线缆网络中的电磁脉冲传输

电磁拓扑理论在分析电磁干扰(EMI)问题中具有重要的应用价值。本文利用电磁拓扑理论研究了线缆网络的电磁脉冲瞬态响应求解方法,并进行了实验验证。实验利用同轴线建立简单线缆网络,选用方波脉冲作为激励源,先由Fourier变换求得方波脉冲的频谱,根据频域上的BLT超矩阵方程求出线缆网络在方波脉冲作用下各节点的电压,然后再由Fourier逆变换就可求出各节点电压的瞬态响应。通过实验对比说明了此方法的有效性,为进一步研究电磁脉冲在复杂线缆网络中的传输规律打下基础。     

混响室“全向辐照”电磁环境场线耦合规律分析

基于传输线原理,通过构建均匀分布在单位球面的入射电磁波模拟混响室内"全向辐照"电磁环境,建立了混响室散射场条件下场线耦合模型.利用此模型对双线传输线进行数值模拟,研究了传输线的长度、终端负载等关键参数对响应信号的影响.结果表明:传输线对混响室散射场条件下的"全向辐照"电磁环境有明显的选频特性,终端负载响应信号的峰值出现在以线缆长度为波长的频点的n/2倍处,其中n=1,2,3…;传输线终端负载阻值的变化不会对其响应曲线的变化规律产生影响,但会影响其响应峰值;传输线其中一个端口的负载阻值变化不会显著影响另一端负载响应信号.     

电爆装置的电磁脉冲响应

介绍了电爆装置在电磁脉冲环境下的感应电流响应特征。分别进行了MIL-STD-461F 环境下,同种电爆装置不 同脚线长度情况下,感应电流的变化;以及同种脚线长度,不同脉冲环境,电爆装置感应电流的分布情况;研究了不同 脉冲环境,不同脚线长度对电爆装置感应能量的影响,对于实际测试和理论开展都有一定的意义。     

UWB,HEMP作用下长线缆场线耦合效应比较研究

为详细研究UWB(超宽带)、HEMP(核电磁脉冲)作用下长线缆的场线耦合效应问题,并将二者进行比较,依据场线耦合效应计算的Agrawal、Vance模型,推导了能有效用于场线耦合效应编程计算的实用算式.在此基础上编写了Matlab计算程序,对UWB和HEMP作用下长线缆的场线耦合效应进行了计算、分析和比较,得出了两种强场作用下的效应规律.计算显示,UWB和HEMP都能在线缆上激励较高的电流脉冲,也能在线缆端部激励较强的干扰电压脉冲;在相近条件下,UWB激励的响应弱于HEMP;二者相比,其场线耦合效应既有相似之处,又有不同的特点.     

地闪电磁脉冲对近地电缆外导体的耦合研究

采用时域有限差分法计算得出地闪回击电流近场在地面附近的分布,将场值代入离散化后的传输线方程后,计算了近地电缆外导体上的感应电流,分析了大地电参数、导线架高、长度以及与雷击通道距离等因素对感应电流的影响.计算结果显示,距雷击通道200m以内的近场对敏感设备及系统构成的威胁最为严重,应作为地闪电磁脉冲环境预测研究的重点.     

高功率微波作用下单极天线瞬态响应特性研究

运用时域有限差分法(FDTD)结合同轴等效馈电模型计算了高功率微波(HPM)电磁脉冲作用下单极天线的感应电流的频域和时域响应,分析了单根单极天线感应电流频谱和时域响应与入射HPM间的关系,同时分析了两根天线间的距离对第一根天线末端感应电流的影响。计算结果表明,单根单极天线对HPM的感应电流频谱主要由入射HPM载波频率决定,感应电流波形与入射HPM波形相似;有其他天线存在时,对第一根天线会造成影响,且随距离增加影响减小。     

电磁脉冲作用下近地电缆外皮感应电流的全波分析

本文采用时域有限差分法,分析电磁脉冲作用下,地面随近同轴电缆所感应的外皮电流。在计算外皮感应电流时,既考虑了传输线模式电流,也考虑了天线电流。该方法适合分析各种电缆的外皮感应电流,所得结果与有关资料作了对比,说明本文的计算结果是合理的。