Time Domain Testing Methods of Material＇s Shielding Effectiveness of Electromagnetic Pulse Using Flange Coaxial

为了快速准确地评价材料对电磁脉冲的屏蔽效能,搭建了采用法兰同轴法的材料电磁脉冲屏蔽效能时域测试系统,测量了有无屏蔽材料时不同幅值和脉宽的方波脉冲通过同轴装置后的时域波形参数,计算了材料的频域屏蔽效能,所得结果与频域测试方法一致。通过与数值计算结果的对比,分析了透射方波脉冲的上升沿过冲振荡,提出了同轴装置改进的建议。使用能量比值计算了不同幅值与脉宽方波脉冲激励下的时域屏蔽效能,其结果具有很好的一致性与重复性。试验表明,采用法兰同轴法的屏蔽效能时域测试方法适用范围广且具有较好的重复性,能够提供比频域测试方法更多的细节信息。     

基于屏蔽暗箱窗口法的材料电磁脉冲屏蔽效能时域测试

针对现有材料电磁脉冲屏蔽效能时域测试方法的不足,提出使用屏蔽暗箱窗口法进行材料屏蔽效能的时域测试。分别在频域和时域分析了影响材料屏蔽效能测试的因素,并根据分析结果搭建了屏蔽暗箱窗口法的时域测试系统。在搭建的系统中测量了有、无屏蔽材料时的时域波形参数,并计算了峰值比值屏蔽效能。结果表明:测试点应靠近窗口;窗口尺寸的改变比箱体尺寸的改变对于测试结果的影响更大,应尽量选择大尺寸窗口;时域测试中脉冲上升时间应<1ns。实测频域试验表明,采用屏蔽暗箱窗口法与屏蔽室窗口法的测试结果基本一致,总体比法兰同轴法的测试结果偏大。综上所述,屏蔽暗箱窗口法有很好的适用性,能够可靠评价材料的时域屏蔽效能。     

基于波形重建的开缝小腔体电磁脉冲屏蔽效能仿真分析

随着高功率电磁脉冲源的大量应用,电子设备的电磁脉冲防护成为电磁兼容领域的重要研究内容。为评估屏蔽体的电磁脉冲屏蔽效能,在分析波形重建方法的基础上,提出了开缝腔体屏蔽效能的最小相位法传递函数重构及波形恢复流程图,通过仿真计算和实验获得小腔体的频域屏蔽效能及其传递函数,对腔体内的方波电磁脉冲进行重建,分析了开缝小腔体对方波电磁脉冲的屏蔽效果。利用实测数据进行仿真计算结果表明:基于最小相位法的波形重建方法能够计算出电磁脉冲透过孔缝后的时域波形,计算得到的2种开缝屏蔽体的峰值屏蔽效能与屏蔽效能频域实测谱的低频屏蔽效能一致;利用该方法还能进行任意波形脉冲激励下的屏蔽体屏蔽效能计算,具有计算简单、预测效果好的优点。     

一种测试材料在工频电场中的屏蔽效能简易方法

复合型的导电材料,虽然导电性不如金属材料,但由于其具有良好的适形特性和可塑性,在电磁密封等特殊应用场合有独特优势。复合型材料在工频电场中的屏蔽效能评估是一个重要的问题,现阶段国内外对测试材料电磁屏蔽效能的方法,主要是国军标GJB 6190—2008给出的2种方法:屏蔽室法和法兰同轴法。其中,屏蔽室法需要用到一系列测量设备,包括发射天线、接收天线、功率放大器等,这些设备造价昂贵且使用起来较为复杂,同时屏蔽室法的测量范围为10 k Hz~40 GHz,没有涵盖到10 k Hz以下的频率范围;法兰同轴装置需要结合网络分析仪使用,且一般适用于30 MHz~1.5 GHz的频率范围,同样法兰同轴法不能用于工频电场屏蔽效能测试。该文提供一种操作简单、成本低廉的测试方法用于测试电磁屏蔽材料在工频电场中的屏蔽效能,弥补了现有屏蔽材料屏蔽效能测试方法的不足。     

脉冲电场作用下细菌细胞膜跨膜电压分析

为了研究脉冲电场作用下细菌细胞膜响应,建立了单个细茵的球状模型,通过求解拉普拉斯方程推导跨膜电压表达式.根据表达式进行了跨膜电压的频域和时域分析.通过分析表达式中跨膜电压与外电场间的传递函数,得到跨膜电压的频域特性;通过对表达式进行拉普拉斯变换与反变换,求解出跨膜电压的时域特性.频域分析结果表明,外电场作用下的细菌细胞膜体现出低通滤波器的特性.时域分析结果表明,方波脉冲作用下的跨膜电压幅值与脉宽有关;单指数衰减波脉冲作用下的跨膜电压幅值与衰减时间常数有关;振荡衰减波脉冲作用下的跨膜电压幅值与振荡频率有关.     

宽带连续导体同轴线夹具的研制

为弥补现有设备无法满足材料电磁脉冲屏蔽效能测试要求的不足,使用粒子群优化算法结合CST电磁场仿真软件,研制了一种连续导体的宽带同轴线夹具测试装置。该装置采用阶梯过渡段,上限频率达10 GHz,其回波损耗在6.4 GHz以下-20 dB。使用该装置对一种镀银纤维织物和一种掺金属丝织物进行了频域和时域屏蔽效能测试,并与1.62 GHz同轴线夹具的结果进行了对比。结果表明,使用宽带同轴线夹具测试时,测试样本仅需内径3 mm、外径41 mm的圆环材料,由耦合电容引入的误差更小;在频域测得的插入损耗曲线更平滑,在时域测得的波形受测试夹具的影响更小。     

EMP作用下的电缆耦合及屏蔽效能试验分析

介绍了三同轴法、线注入法、功率吸收钳法、混波室法等电缆屏蔽效能测试方法.进行了电磁脉冲作用下的同轴电缆和裸线耦合试验,探讨了该环境下同轴电缆屏蔽效能的测试方法.试验分析表明,电缆耦合后的波形为衰减振荡波,振荡周期正比于电缆的电长度,频谱与照射场的频谱不一致,裸线的耦合输出衰减较快.根据试验数据,采用峰值场强法计算的电缆屏蔽效能与峰值电压法的结果吻合,所以可采用峰值场强法对电缆进行电磁脉冲的屏蔽效能测试.电磁脉冲作用下的同轴电缆屏蔽效能较相当频段连续波作用下的略低.     

固态继电器电磁脉冲效应方波等效方法及仿真分析

针对器件级研究对象提出一种电磁脉冲方波等效方法,并针对某型号固态继电器将电磁脉冲干扰等效为不同脉宽的方波干扰,使用Pspice软件用方波等效法分析了其受电磁脉冲的影响规律并分析了其失效原因。仿真分析结论为固态继电器抗电磁脉冲性能的改进提供了理论依据。     

350kV可变脉宽的纳秒脉冲发生器

介绍了可产生 35 0 k V脉冲方波且脉宽可变的脉冲发生器。装置由 Marx发生器产生纳秒级脉冲电压 ,对成型线充电后由主开关对负载电阻放电 ,在负载电阻上得到 ns级脉冲电压。改变 Marx输出电压、主开关击穿电压和负载电阻阻值 ,可调节输出 ns脉冲的幅值 ;改变成型线的长度可改变输出脉宽     

金属屏蔽盒强瞬态电场屏蔽效能实验

基于实验室的强电磁脉冲(EMP)模拟器、强瞬态三维电场测量系统和弱瞬态电场测量系统,本文对带孔金属屏蔽盒强电磁脉冲屏蔽特性进行了系统的研究,提出应用时域电场强度最大值评估金属屏蔽盒的强瞬态电场屏蔽效能.基于快速傅里叶变换(FFT)本文还对带孔金属盒的强瞬态电场频域屏蔽效能进行了分析.     

重复方波参数对变频电机绝缘放电频域能量分布影响研究

采用双极性重复方波电压,借助特高频测试方法,实验研究了重复方波电压幅值、频率、占空比、上升时间对变频电机匝间绝缘放电频域能量分布的影响规律。结果表明：放电0.50GHz以上频域能量随占空比的增大而明显增加;频域各频段能量随脉冲电压幅值的增大而增加,1.50GHz以上高频能量随频率的提升不断衰减;脉冲电压上升速率对放电频...     

基于绝缘薄膜开关的快前沿高压方波发生器

本文对基于绝缘薄膜开关的方波脉冲发生器的设计及整体结构作了较详细的介绍,并分析了方波发生器放电回路杂散数对方波前沿的影响。整机可产生幅值1．5－8kV、前沿小于1．5ns、脉宽40ns的方波脉冲。     

静电放电近区辐射电场的时域测试与实验分析

为研究静电放电近区辐射电场的时域测试技术及其时频域特征,利用2种不同的测试方法分别对接触式和空气式静电放电(ESD)产生的近区辐射电场进行了测试,并对实测结果进行了对比分析。结果表明,具有微分特性的测试系统对ESD辐射电场信号中的低频分量衰减严重,使得其实测波形中的频谱能量主要分布在较高频段,在时域上表现为单个或一系列尖脉冲形式,且其幅值与被测辐射场的幅值及其前沿上升/下降时间均有关,由此得到的分析结果无法真实反映被测辐射场的时频域特征;而自行研制的光纤传输式瞬态电场测试系统对ESD辐射电场中的大部分频率分量均具有自积分特性,利用该测试方法实测得到的ESD辐射电场时域波形能直接反映其时、频域特征,更适合用于ESD辐射电场的时域测试。     

基于多阶FDTD雷电感应过电压计算新方法

传统的经验公式法估算架空线雷电感应过电压误差大且存在影响因素考虑不全面的局限性。对此提出一种基于多阶时域有限差分的数值计算新方法。该方法采用一阶时域有限差分(FDTD)法计算回击电流所引发的雷电电磁脉冲(LEMP);采用二阶时域有限差分(FDTD 2nd)法求解耦合电路的Agrawal微分方程,计算不同工况时LEMP激励下架空导线的感应过电压。该方法采用多阶FDTD技术实现了高稳定性和高精度的数值计算,与火箭引雷试验对比证明计算准确性。仿真计算表明:回击电流幅值对感应电压幅值影响明显,对波形影响小;回击电流波头陡度对感应电压波形影响较大,对幅值影响较弱;多导线之间有"屏蔽效应",该效应受导线排布方式影响明显。     

混响室内基于统计特性的屏蔽效能测试

针对传统屏蔽效能定义的测试方法存在的不足,提出了混响室条件下基于统计特性的屏蔽效能测试方法,并从理论上阐述了其优越性。应用仿真软件FEKO对屏蔽体电场强度数据采集方式进行了仿真计算,结果表明选择中轴线采样能够有效反映屏蔽体的屏蔽特性。开发了基于统计意义和多点数据采集的混响室屏蔽效能测试系统,研究了尺寸为800 mm×700 mm×1000 mm的小屏蔽体在不同缝隙尺寸下的屏蔽效能。同时通过对传统定义和统计定义下屏蔽效能重复性测试,结果表明,混响室内基于统计特性的屏蔽效能测试方法相比传统测试手段具有更好的重复性,更加适于工业应用。     

基于场-路复合模型的细胞内外膜跨膜电位时频特性

为研究脉冲电场的生物医学效应机理,基于多层介质电场模型建立了球形单细胞的场-路复合模型,提出了内外膜跨膜电位与外加电场之间传递函数的计算方法,分别分析了脉冲电场作用下内外膜跨膜电位的时域特性与频率特性.时域分析表明,不同的脉宽导致外加电场对内外膜具有不同的选择性作用.频域分析表明,细胞内外膜分别具有带通和低通滤波性能,...     

螺旋型水介质Blumlein线的初步研究

介绍了水介质螺旋Blumlein型脉冲形成线 (长约0 5m)的设计和实验结果。实验表明 :它可得到前沿约 12 0ns、脉宽约 2 70ns的方波脉冲 (而同样长水介质同轴Blum lein线只能得到 31ns的方波脉冲 ) ,可满足一些长脉冲功率源或较高阻抗脉冲功率源的应用需求     

重复方波上升时间对变频电机耐电晕寿命影响研究

为研究重复方波电压上升时间对变频电机绝缘耐电晕寿命的影响规律,搭建了具有不同重复脉冲电压上升时间的耐电晕测试系统。根据IEC TS 60034-18-42,分别测试了Ⅰ类和Ⅱ类电机绝缘模型在不同重复方波电压上升时间下的耐电晕寿命,并对比了相同幅值和频率下正弦电压测试结果。结果表明:脉冲电压上升时间对匝间绝缘耐电晕寿命及局部放电时域和频域统计特性的影响显著。因此,根据相关标准测试变频电机的耐电晕寿命时,应考虑上升时间对电机耐电晕寿命的影响。     

小型纳秒级方波脉冲电源的研制

采用飞行时间法测量原子氧束能谱时,要求离化源为纳秒级脉宽、能量均匀的脉冲电子束,以尽量降低离子收集器附近产生的等离子体鞘层电位对原子氧束能谱测量精度的影响。针对上述脉冲电子束的性能要求,研制了一款基于雪崩三极管Marx电路的小型方波脉冲源。首先介绍了雪崩三极管的工作特性、Marx电路的升压原理以及元器件的选取方法;然后结合脉冲形成线电压波反射原理,建立了同轴线缆充电时的电路方程;分析了方波脉冲成形机理和传输线阻抗对输出脉冲波形的影响,将同轴电缆传输线等效为分布式电感电容模拟网络,搭建了同轴电缆传输线仿真模型;设计制作了具体电路,在各级模拟网络充放电特性仿真结果的指导下,针对性地对同轴电缆传输线的姿态进行微调,改善了输出波形。实际电路产生了幅值±200～300 V、频率1～10 kHz可调、双快边沿纳秒方波脉冲。     

高稳定度全固态脉冲源的优化设计与评估

为了给电子设备的电磁脉冲环境效应研究提供稳定度高和重复性好的电磁脉冲源,基于雪崩三极管的雪崩效应,采用10级Marx电路结构研制出了一种高稳定度电磁脉冲源。首先对影响脉冲源稳定性的首要因素—三极管的选择作了详细阐述,然后分析了整个脉冲源的稳定性,并给出了相应的优化措施以提高其稳定性,最后提出了脉冲源波形稳定性的评估方法。结果表明,所研制脉冲源的输出负脉冲前沿3 ns,全底脉宽约为10 ns,峰值电压约为1.5 k V,峰值电压、前沿和脉宽的变异系数均5%,验证了输出脉冲的高重复性,表明其可以满足电子设备的电磁脉冲敏感度试验的高稳定度要求。