传输线电磁脉冲耦合问题研究综述

传输线是各种电子电气设备中的常见结构,是信号传递、能量传输的重要通道,同时也是电子电气系统中极易受到外界电磁脉冲干扰的对象之一。电磁脉冲与传输线之间的耦合问题一直是国内外研究者关注的一个热点。文章介绍了低频情况下研究场线耦合问题的经典传输线模型,并对基于传输线模型的BLT方程、SPICE等效电路模型发展历程、研究现状进行了较为详细的分析和总结,同时梳理了传输线方程FDTD解法的发展脉络。之后,简要介绍了高频情况下常用的场线耦合模型。最后,就当前场线耦合问题中被广泛关注的部分热点问题进行了分析和讨论,并指出了一些亟待完善的地方。     

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。     

电磁脉冲窄缝耦合共振特性

利用有限积分法对电磁脉冲与带缝腔体孔缝耦合特性进行研究。选取窄缝为mm量级微小孔缝作为研究对象,借助耦合函数,分析了核电磁脉冲与单层腔体、嵌套腔体内、外窄缝平行分布与垂直分布2种情况下的耦合函数。结果表明：当入射波电场矢量方向与窄缝短边平行,即入射角θ=0°时,内、外窄缝平行分布耦合进入腔体的电磁能量在内窄缝处发生第2次场增强效应;而内、外窄缝采用垂直分布的相对位置,在内窄缝处的电场值仅为几伏每米,此分布能有效降低电磁脉冲对电子器件的干扰。     

高功率激光装置同轴线缆电磁脉冲耦合仿真

高功率激光装置开展实验会产生强烈的电磁脉冲辐射。电缆端口是电磁干扰耦合的重要途径。针对高功率激光装置上广泛使用的同轴线缆开展电磁脉冲耦合问题仿真研究,建立同轴线缆的电磁脉冲耦合仿真模型,研究不同入射方向、不同长度同轴线缆电磁脉冲耦合的感应电压。仿真结果显示,同轴线缆部署方向以及长度对电磁脉冲耦合具有显著的影响。本文对装置靶场线缆选型、线缆铺设以及诊断仪器电磁屏蔽设计有着参考价值。     

典型传输线网络对电磁脉冲的响应规律研究

针对关于电磁脉冲对各种低压传输网络及其重要电子终端设备的传导耦合规律、效应评估和损伤机理的研究较少,更缺乏有效防护措施的现状,运用电磁拓扑理论中的BLT方程进行了传输线网络对电磁脉冲响应规律的研究。首先进行了理论分析,在对传输线网络进行瞬态响应求解时,改进了以往利用繁琐的Fourier变换和反变换的计算方法,采用频域上的BLT方程求出传递函数,并结合时域上的卷积进行求解,缩短了计算时间、提高了计算结果的准确性。为了验证此方法的有效性,利用同轴线建立典型传输线网络,以方波为注入源进行了实验,实验测试结果与计算仿真结果基本一致。     

发散线栅电磁脉冲模拟器的仿真及试验

为获得发散线栅电磁脉冲模拟器在工作区间内瞬态电场的分布规律,采用传输线矩阵法对模拟器工作区间的瞬态电场进行了仿真分析,并采用高压电场传感器实际测量了模拟器工作区间内的瞬态电场强度。通过仿真分析得到工作区间的瞬态电磁场的分布规律：电磁脉冲电场强度由工作区间中心向两侧逐渐减小;随着高度的增加,电磁脉冲电场强度逐渐增大,从脉冲源到负载方向电磁脉冲逐渐减小。仿真和测试结果的比较表明,工作区间内的瞬态电场的均匀性、上升时间及持续时间满足GJB151A-97标准的使用要求。     

电磁脉冲对微机接口电路的耦合实验研究

受EMP照射的微机系统,当EMP场强大到一定数值时,其设备接口电路上即产生过电压或过电流,从而使设备受到干扰或损伤。本文设计了一种典型的微机并行接口单片机电路实验模型,介绍了该接口电路磁脉冲耦合电压和耦合电流的测量方法,并对测得的数据进行了分析,得到了这类典型接口电路受到瞬时干扰和永久性损伤的电磁脉冲场强阈值。     

有孔阵箱体电磁脉冲耦合的计算机模拟

日益恶化的电磁环境与越来越苛刻的电路抗干扰工作环境要求，使得电子设备抗干扰能力的研究成为现代及未来电子设备研制，设计与生产急需解决的难题，本文描述了电磁脉冲通过孔阵耦合的数值计算，揭示了一个实际机箱的耦合规律。     

电磁脉冲电缆耦合模拟试验技术与测试技术

详细介绍了非空间电荷限制条件下进行的模拟密封腔体内测量内电磁脉冲(IEMP)耦合与电磁脉冲(EMP)耦合的实验。耦合模型的研究内容包括磁场耦合到电缆、电场耦合到电缆以及电荷淀积或辐射从电缆表面耦合。耦合模型可将电场、磁场、电荷淀积的耦合方式用集总参数等效电路内的电压、电流源表示理论模型。空间电荷电流和空间电荷密度象强源一样,是依赖于空间和时间的分布函数。针对带电电缆的IEMP环境耦合与辐射感应电子发射产生的空间电荷对产生的电流和场进行研究,并观察电缆走向、类型、偏置和终端负载的影响,得出了理论与试验结果。     

非均匀微带线电磁脉冲耦合特性分析

针对电磁脉冲与非均匀微带线的耦合问题,基于时域有限差分法和卷积完全匹配层,研究了不同弯曲和不同斜切角非均匀微带线的电磁脉冲耦合特性,并对耦合机理进行了讨论.仿真结果表明:由于结构的非均匀性,微带线不同端口的耦合系数相差较大;电磁脉冲入射方向对耦合系数具有重要影响,不同方向耦合系数相差约60 dB;微带线拐角斜切对降低电磁耦合效果不明显.所得结论对提高微带电路和电子系统抗强电磁脉冲打击能力具有重要意义     

高空核爆电磁脉冲对同轴电缆通信线路的影响

本文简要地介绍了通信防护的最新课题(核爆电磁脉冲防护)的研究现状及意义。然后,详细讨论了核爆电磁脉冲对各种传输线影响的研究方法,推导了核电磁脉冲在同轴电缆通信线路上产生的感应电压的频域解和时域解。最后,计算了典型的实例、讨论所得到的结果。经分析给出了估算感应电压峰值的适用于工程应用的简化计算公式。本文的结论和公式对核爆电磁脉冲的理论研究和实际应用有参考价值。     

双脚线电火工品核电磁脉冲耦合效应研究

以双脚线电火工品为研究对象,结合实际装备的双脚线可能呈现一定夹角的情况,建立了双脚线耦合天线模型,通过理论分析和数值仿真获得了不同夹角情况下天线方向图、反射系数、增益的变化对于耦合电流及耦合能量的影响规律,并通过实验进行了对照验证.研究表明,双脚线电火工品的引线夹角在60°以上时,耦合电流及能量随着角度增加而快速上升;双脚夹角到90°时,耦合能量已经数十μJ;夹角为180°时,耦合能量达到峰值.     

电磁脉冲通过孔缝到系统内部的耦合约束

介绍了核电磁脉冲通过孔缝耦合到系统内部的最大能量计算方法,给出了倒指数型电磁脉冲最大耦合能量的解析表达式。该模型在定孔总截面正比于波频率4次方时,计算出通过孔耦合到腔体内部的最大能量,实现电磁耦合能量的计算。倒指数脉冲模型的理论计算结果,可以对电子设备电磁脉冲的保护具有重要意义。     

快上升前沿电磁脉冲的孔缝耦合效应数值研究

本文利用时域有限差分（ＦＤ－ＴＤ）法研究快上升前沿电磁脉冲（ＦＲＥＭＰ）对目标腔体的孔缝耦合效应。并将计算结果与核电磁脉冲（ＮＥＭＰ）的耦合结果进行比对。研究表明：对于较小尺寸的目标腔体,在孔缝尺寸也较小的情况下,ＦＲＥＭＰ相对于ＮＥＭＰ更容易耦合进入目标腔体,且更容易引起孔腔谐振。     

三相全耦合传输线分析

基于分布参数电路理论，应用电报方程，推导出对称三相一地耦合传输线方程，并给出用实验方法确定三相一地耦合传输线波参数的原理与方法。     

电磁拓扑结合积分方程求解电磁脉冲传播问题

提出一种求解电磁脉冲传播与耦合问题的方法。该方法的思路是将电磁拓扑方法与时域积分方程算法相结合,前者提供方法论,后者实现具体计算。可以提高分析效率,增大可计算目标及区域的尺度,克服复杂电子信息系统直接进行电磁计算的困难,并充分利用时域积分方程的优点。阐述了电磁拓扑理论分析和解决问题的基本思路,归纳了应用电磁拓扑解决电磁脉冲传播与耦合问题的四个主要步骤。提出了电磁拓扑与电磁计算的结合方法,并研究了时域积分方程加速方法。     

临近空间中核爆源区电磁脉冲与等离子体流场耦合

对临近空间中核爆源区电磁脉冲与飞行器等离子体流场的耦合进行了分析计算。对源区辐射场采用平面波近和源区感应场直接计入等离子体电导率的影响,推导出新的差分迭代公式计算。计算结果可供临近空间飞行器电磁兼容性研究参考。     

八字形槽漏泄同轴电缆耦合损耗仿真分析

广泛应用于地铁、隧道、地下商场、矿井等闭域空间的漏泄同轴电缆,因不同应用环境对其电气性能要求不同,因此分析影响漏泄同轴电缆耦合损耗等电气性能的因素、探索其变化规律,具有重要的工程应用价值。文中分析了八字形槽孔漏泄同轴电缆耦合损耗随槽孔角度、长度和槽孔节距的变化规律,提出保持单八字形槽孔对几何结构参数不变,仅改变相邻八字形槽孔对之间距离的槽孔节距调节方法。给出了采用此种方法的实际设计算例,仿真结果与实测结果吻合。     

强电磁脉冲辐照下三绞线终端响应特性分析

为研究强电磁脉冲辐照下无人机内部三绞线的终端响应特性,本文基于传输线理论提出了三绞线在强电磁脉冲辐照下终端响应的建模方法.首先确定了三绞线三螺旋物理结构,给出绞线束在笛卡尔坐标系下的参数方程,建立了具有均匀扭曲特征的三绞线模型;然后推导了电磁脉冲辐照下三绞线终端电流的频域方程,采用快速傅里叶逆变换得到时域解,并与CST仿真结果进行对比,验证了算法的准确性;最后分析了三绞线终端电流随线缆长度,线缆螺距,电磁场极化角、方位角、俯仰角的耦合响应规律.结果表明：三绞线终端感应电流随线缆长度和螺距的增加而增大;入射波的俯仰角和方位角在[0, 90°]时,感应电流随入射角度的增加呈现出先增大后降低的规律.研究结果对提高无人机电磁防护能力具有重要意义.     

基于传输线理论的双绞线电磁脉冲响应

双绞线是电子信息设备综合布线工程中最常用的一种线缆,在高频电磁环境中,双绞线将成为外界电磁信号的耦合对象,对端接设备造成干扰甚至破坏作用。为研究双绞线的电磁脉冲效应,基于分布参数传输线理论,推导得到了双绞线在外界电磁脉冲激励下的耦合响应计算公式。结果表明,在高频电磁环境中,双绞线相对于平行线确有较强的抗干扰能力。研究方法和结论对于双绞线电磁脉冲响应的定量研究及抗干扰能力评估具有一定参考意义。