高空电磁脉冲作用下地面电缆屏蔽层感应电流的数值模拟

用传输线法对高空电磁脉冲作用下地面电缆屏蔽层感应电流进行了数值模拟,得到了电缆皮电流随入射场波形、电缆长度、电缆屏蔽层两端接地状态的变化规律,部分计算结果与时域有限差分法计算结果及实验结果进行了比较,它们间有较好的一致性。     

近地长电缆对高空电磁脉冲晚期部分的响应

 根据传输线理论，计算了高空电磁脉冲晚期部分作用下近地长电缆外导体的感应电流，给出了电缆取不同长度、端接不同阻值负载时的电流波形。计算结果表明，当电缆长度为几十km，外导体两端接地，其感应电流峰值可达数十A，且随电缆长度的增加而增加，但电流增幅随电缆长度的增加逐渐变慢。当接地电路中串接较大电阻时，感应电流峰值明显降低。     

不同电磁脉冲作用下地面有限长电缆外导体感应电流的数值计算

 运用时域有限差分法计算了地面有限长电缆在高功率微波、超宽带和核电磁脉冲作用下的外导体感应电流。计算结果表明：场强相同情况下，核电磁脉冲在电缆上感应的电流最大，持续时间最长，高功率微波和超宽带在几m长和几十m长的电缆上感应的电流相差不大；入射角对电缆感应电流也有影响，电场方向与电缆平行时感应最强；地面电缆的感应电流振荡频率比自由空间中电缆的感应电流振荡频率低；随着大地电导率的增大，感应电流反射波衰减加快；电缆任一端接地后，接地端电缆感应电流都会增大。     

电磁脉冲作用下地面铺设屏蔽电缆蒙皮电流分布的时域计算方法研究

为克服传输线理论方法求解电磁脉冲电缆耦合问题存在的不足,对电磁脉冲电缆耦合问题进行了时域求解方法的研究。引入了适用于电磁脉冲电缆耦合问题数值求解的基于细线散射的时域有限差分(FDTD)法,将Gedney's PML进行了扩展,使其可以用于各向同性有耗计算域截断问题的处理。利用建立的数值方法,模拟了电磁脉冲作用下地面铺设屏蔽电缆引起的蒙皮感应电流分布规律及波形特征,并利用辐射波电磁脉冲模拟器对该问题进行了实验研究。计算与实验结果在误差范围内的一致性证明了数值结果的可靠性,以及该时域计算方法在处理电磁脉冲电缆耦合问题的可靠性。     

电磁脉冲作用下地面铺设屏蔽电缆蒙皮电流分布的时域计算方法研究

为克服传输线理论方法求解电磁脉冲电缆耦合问题存在的不足,对电磁脉冲电缆耦合问题进行了时域求解方法的研究。引入了适用于电磁脉冲电缆耦合问题数值求解的基于细线散射的时域有限差分(FDTD)法,将Gedney's PML进行了扩展,使其可以用于各向同性有耗计算域截断问题的处理。利用建立的数值方法,模拟了电磁脉冲作用下地面铺设屏蔽电缆引起的蒙皮感应电流分布规律及波形特征,并利用辐射波电磁脉冲模拟器对该问题进行了实验研究。计算与实验结果在误差范围内的一致性证明了数值结果的可靠性,以及该时域计算方法在处理电磁脉冲电缆耦合问题的可靠性。     

高空电磁脉冲环境计算中的自洽方法

高空电磁脉冲环境计算中包含自洽过程,康普顿电流既是产生电磁脉冲的源项,同时又受电场的影响.本文从一维模型出发,经过合理近似,推导出康普顿电流与本地电场之间的解析关系.利用等效电导率的概念,将该自洽过程加入到原有计算模型中.利用粒子模拟和时域有限差分方法,对推导出的康普顿电流和电场关系进行验证.最后给出一个考虑自洽过程的高空电磁脉冲算例.     

地面附近的高空核爆电磁脉冲环境

主要研究在高空核爆的双指数类型电磁脉冲平面波入射时,地面附近的电磁脉冲环境。计算给出了在不同入射波状态,不同地表介质电气特性和距地面不同高度等条件下的电磁脉冲环境参数,归纳了一些规律性认识。结果显示：地面附近的电场会随距地面高度的不同而发生显著的变化,对于水平场分量,其反射场总是试图抵消入射场,而对于垂直场分量,其反射场叠加在入射场上,使得地面附近的垂直场强幅值一般大于入射波场强幅值;当入射波仰角增大时,合成电场波形的脉冲宽度会变宽;地表介质的电气特性参数不同也会对地面附近电场的波形和幅值造成一定的影响。     

地面附近的高空核爆电磁脉冲环境

 主要研究在高空核爆的双指数类型电磁脉冲平面波入射时，地面附近的电磁脉冲环境。计算给出了在不同入射波状态，不同地表介质电气特性和距地面不同高度等条件下的电磁脉冲环境参数，归纳了一些规律性认识。结果显示：地面附近的电场会随距地面高度的不同而发生显著的变化，对于水平场分量，其反射场总是试图抵消入射场，而对于垂直场分量，其反射场叠加在入射场上，使得地面附近的垂直场强幅值一般大于入射波场强幅值；当入射波仰角增大时，合成电场波形的脉冲宽度会变宽；地表介质的电气特性参数不同也会对地面附近电场的波形和幅值造成一定的影响。     

近地九芯电缆高空电磁脉冲耦合模拟试验

 几个单位联合进行了三轮近地电缆高空电磁脉冲耦合模拟试验。试验得到九芯电缆屏蔽层感应电流（皮电流）、芯线感应电压（芯电压）、芯线感应电流（芯电流）以及环境场之间的关系；分析了皮电流波形随外皮接地状态的变化，芯电压随负载电阻的变化；基于皮电流振荡频率与电磁波传播速度的关系，提出了屏蔽层-大地“传输线”等效相对介电常数概念，给出了等效相对介电常数随电缆高度变化的拟合式；皮电流计算与测量结果在波形、振荡周期、衰减规律等方面有较好的一致性。     

地面附近架高线缆HEMP响应计算的Agrawal和Taylor模型比较

研究在高空核爆电磁脉冲(HEMP)的作用下,地面附近架高线缆感应瞬态电压、电流的传输线模型计算方法并进行比较。考虑到有耗地面的电气参数,列举了Agrawal和Taylor两种传输线理论模型的异同,应用格林函数求积分和叠加定理,分别采用两种模型,计算并比较了不同入射波和线缆布放状态下的电压、电流响应,以及各场分量(水平电场、垂直电场和水平磁场)单独存在时对电流、电压响应的贡献。结果显示,Agrawal和Taylor模型得到的电压、电流响应是一致的,可以考虑在有界波电磁脉冲模拟器中进行短线缆的效应实验;由于相同的场分量在不同的模型中对电压、电流响应的贡献并不相同,因此在阐述某一场分量对线缆响应贡献大小时,应该首先说明所采用的传输线模型。     

地面铺设缆线的高空电磁脉冲响应研究

 利用时域多分辨分析方法,对地面铺设缆线屏蔽层感生电流的规律进行了研究。给出了屏蔽层感生电流与缆线距离地面的高度、缆线的长度、电磁脉冲的入射方向等的关系。结果表明：屏蔽层电流幅度随着缆线距离地面高度增高而增加;屏蔽层电流幅度、前沿、半高宽随着缆线长度增加而增加,直到分别达到各自的最大值;电磁脉冲正入射时,屏蔽层电流幅度沿缆线分布呈现中间大、两边小的规律;电磁脉冲斜入射时,屏蔽层电流相对电磁脉冲正入射时,幅度更高、前沿更快、半高宽更窄,幅度沿缆线的分布情况为从一端到另一端逐渐增大。     

两种高空核爆电磁脉冲电缆耦合效应的比较

 有关高空核爆电磁脉冲(HEMP)的标准，我国推荐的1976 HEMP和IEC推荐的1996 HEMP的早期波形是不同的。针对两种HEMP标准，采用传输线方程计算了不同长度电缆受HEMP影响的情况，结果表明电缆的1976 HEMP早期耦合效应较1996 HEMP早期耦合效应要严重的多。     

近地九芯电缆高空电磁脉冲耦合模拟试验

几个单位联合进行了三轮近地电缆高空电磁脉冲耦合模拟试验。试验得到九芯电缆屏蔽层感应电流（皮电流）、芯线感应电压（芯电压）、芯线感应电流（芯电流）以及环境场之间的关系;分析了皮电流波形随外皮接地状态的变化,芯电压随负载电阻的变化;基于皮电流振荡频率与电磁波传播速度的关系,提出了屏蔽层-大地“传输线”等效相对介电常数概念,给出了等效相对介电常数随电缆高度变化的拟合式;皮电流计算与测量结果在波形、振荡周期、衰减规律等方面有较好的一致性。     

高空核电磁脉冲模拟波形的双指数函数拟合法

 许多标准和公开出版物中都用双指数函数描述高空核电磁脉冲典型波形。通过数值方法，研究了双指数函数一项重要的性质。根据该性质，详细讨论了高空核电磁脉冲模拟波形数值拟合中，双指数函数特征参数与脉冲峰值、前沿、后沿以及半宽等物理参数的关系，从而提出一种简单有效的脉冲参数计算方法。通过IEC标准中规定的高空核电磁脉冲参数的估计与一个实测高空核电磁脉冲模拟波形的数值拟合，验证了该方法的有效性和可靠性。该方法能够适应多种峰值、前沿和半宽的高宽核电磁脉冲模拟波形的数值拟合。     

辐照和电流注入下电缆耦合响应的计算

 采用传输线模型,利用时域有限差分方法计算了辐照和电流注入两种试验环境中电缆屏蔽层电流对芯线的耦合响应,并对响应规律进行了研究。计算结果表明：电流注入时近端负载电压峰值最小,辐照时次之,电流注入时远端最大;负载电压峰值、负载能量与屏蔽层电流源幅度等比例变化;相比较前沿的变化而言,改变屏蔽层电流源前沿对负载电压峰值和负载能量的影响不大;屏蔽层电流源半高宽较小时,负载电压峰值、负载能量与半高宽是非线性关系,屏蔽层电流源半高宽较大时,负载电压峰值、负载能量与半高宽成线性关系;电缆较短时,改变电缆长度对负载电压峰值有影响,而电缆较长时,只会影响电缆负载能量。     

辐照和电流注入下电缆耦合响应的计算

采用传输线模型,利用时域有限差分方法计算了辐照和电流注入两种试验环境中电缆屏蔽层电流对芯线的耦合响应,并对响应规律进行了研究。计算结果表明：电流注入时近端负载电压峰值最小,辐照时次之,电流注入时远端最大;负载电压峰值、负载能量与屏蔽层电流源幅度等比例变化;相比较前沿的变化而言,改变屏蔽层电流源前沿对负载电压峰值和负载能量的影响不大;屏蔽层电流源半高宽较小时,负载电压峰值、负载能量与半高宽是非线性关系,屏蔽层电流源半高宽较大时,负载电压峰值、负载能量与半高宽成线性关系;电缆较短时,改变电缆长度对负载电压峰值有影响,而电缆较长时,只会影响电缆负载能量。