高空电磁脉冲作用下电力系统主要效应模式分析

随着电网智能化和整体规模的提高,现代电力系统越来越容易受到高空电磁脉冲的威胁,一旦关键环节故障将有可能导致连锁反应,造成大面积停电。而针对不同的电力设备,其效应模式和威胁等级也有所不同,需要进行分类和分级研究。根据电力设备在电磁脉冲作用下的不同效应模式,将其分为SCADA系统与继电保护设备,变压器、互感器等线圈类设备,线路与设备避雷器与其他设备,并分析了其效应机理。然后考虑高空电磁脉冲威胁下电力设备存在多种效应等级,介绍了不同效应分类方法以及多等级效应评估模型。最后综合考虑易损性和重要性以及系统间的级联影响,分别梳理总结了在E1和E3作用下电力系统的故障链模式。     

电磁发射器轨道磁锯效应的数值模拟

电磁轨道发射器轨道表面裂纹引起的磁锯现象严重制约着发射器的使用寿命。为了更好地分析这种现象,建立了二维情况下的磁扩散方程和热传导方程。结合有限元软件COMSOL Multiphysics中的固体力学模块,对轨道表面裂纹处的电磁、热和力学行为进行了仿真分析。求解过程考虑了材料参数随温度的变化。结果表明,电流在裂纹处绕行,引起尖端局部电流密度过大是导致磁锯效应的重要原因。加载电流峰值为0.8 MA时,裂纹尖端处最大电流密度可达1010 A/m2量级。此外,对裂纹形状的分析表明,裂纹尖端张角越小,电流的聚集现象越严重,产生的温升也越大。     

放电功率变化对电磁波在电感耦合闭式等离子体中的衰减特性

射频电感耦合等离子体(ICP)放电方式能够在较宽的压强范围内产生大面积、密度高的等离子体,在对电磁波衰减应用中具有较大优势。通过研究ICP等离子体与电磁波相互作用的过程,改进闭式等离子体模型,建立电磁波在非均匀等离子体中传播的分层计算模型,对实测诊断分布情形下等离子体与电磁波的相互作用进行研究,得到不同功率条件下电磁波衰减的变化情况;提出射频电感耦合闭式等离子体用于电磁波衰减的方法并实验验证,基于等离子体覆盖金属平板的测量模型,在实验室内搭建了以金属板为衬底的弓形微波反射测试系统,研究了闭式等离子体对4～8 GHz频段范围内微波反射的作用特性,以及不同射频功率对微波反射的影响规律,并将实验测量与计算结果进行对比分析。实验表明,通过功率调节,电感耦合闭式等离子体对5.92～6.8 GHz频带电磁波具有明显的衰减作用。     

大尺度分层介质粗糙面电磁散射的特性研究

首先建立大尺度分层介质粗糙面散射的物理模型, 基于Stratton-Chu积分方程和Kirchhoff近似导出了粗糙面散射场的计算公式. 采用高斯随机粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面, 通过数值计算得到了正下视单站雷达接收到的后向散射回波. 理论推导了散射场强度与表面粗糙度之间的定量关系, 并从数值仿真的角度分析了表面和次表面的粗糙度对散射回波的影响, 给出了散射场随粗糙度变化的曲线. 最后考察了分层介质的电特性参数(介电常数和电导率)对分层粗糙面散射场的影响, 并对计算结果做出了分析.     

电磁场对生物体系的非热效应及其作用机理

由于电力和通讯的快速发展,人类面临着日益严重的电磁污染,低强度电磁场对生物体系的非热效应引起人们的关注.本文介绍了极低频电磁场和射频电磁场对生物体系非热效应及其机理研究,并提出了一些看法.     

信号传输线趋肤效应的分析

信号传输线的趋肤效应直接影响传输性能.通常引用半无限大导体对入射电磁波的衰减规律来定性说明传输线上的趋肤效应.本文则根据麦克斯韦方程组对导线内的电流分布进行分析,得出了导线内电流存在趋肤效应的结论,并推导了孤立圆导线单位长度的电阻计算公式.     

具有二维fBm特征的分层介质粗糙面电磁散射的特性研究

运用微扰法研究了平面波入射分层介质粗糙面的电磁散射,推出了不同极化状态下的双站散射系数公式.采用二维fBm分形粗糙面来模拟实际的分层介质粗糙面,结合二维fBm分形粗糙面的功率谱导出了平面波入射二维fBm分形分层介质粗糙面的散射系数计算公式.通过数值计算得到了HH极化下双站散射系数随散射角的变化曲线,讨论了分维、底层介质介电常数、中间介质介电常数和厚度及入射波频率对双站散射系数的影响,得到了二维fBm分形分层介质粗糙面散射系数的分维特征、基本特征、分区特征和随频率变化的特征. 关键词： 电磁散射 二维fBm分形粗糙面 分层介质 微扰法     

无人机GPS接收机超宽谱电磁脉冲效应与试验分析

基于无人机GPS接收机干扰容限,分析了GPS超宽谱强电磁脉冲效应机理,开展了高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰机对典型微型无人机的效应试验,测试分析了在不同位置、不同高度、不同状态、不同飞行模式下无人机GPS接收机的高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰效应。试验结果表明,高重复频率超宽谱电磁脉冲对无人机GPS、图传系统、下视传感器均有不同程度的干扰作用,导致无人机无法正常起飞、失控等异常现象,验证了高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰GPS接收机的可行性。     

Damage effect and mechanism of the GaAs pseudomorphic high electron mobility transistor induced by the electromagnetic pulse

The damage effect and mechanism of the electromagnetic pulse(EMP) on the GaAs pseudomorphic high electron mobility transistor(PHEMT) are investigated in this paper. By using the device simulation software, the distributions and variations of the electric field, the current density and the temperature are analyzed. The simulation results show that there are three physical effects, i.e., the forward-biased effect of the gate Schottky junction, the avalanche breakdown, and the thermal breakdown of the barrier layer, which influence the device current in the damage process. It is found that the damage position of the device changes with the amplitude of the step voltage pulse. The damage appears under the gate near the drain when the amplitude of the pulse is low, and it also occurs under the gate near the source when the amplitude is sufficiently high, which is consistent with the experimental results.     

超宽带电磁脉冲对典型引信的耦合效应研究

为明晰超宽带电磁脉冲对典型无线电引信的干扰和损伤影响,应用时域有限积分法对典型无线电引信腔体耦合效应进行了数值模拟研究。以典型无线电引信腔体及其低频电路板实际结构为对象进行建模,仿真研究了超宽带电磁脉冲对该引信腔体的耦合特性,分析了引信高低频电路间连线过孔参数和脉冲参数对耦合效应的影响规律,研究了加装印刷电路板对耦合效应的影响。结果表明：与圆形和正方形孔缝相比,矩形孔缝的耦合系数受极化方向的影响显著;脉冲上升时间越小,耦合系数越大;加装印刷电路板后,腔体相同位置处耦合系数下降,谐振频率改变。     

超宽带电磁脉冲对典型引信的耦合效应研究

为明晰超宽带电磁脉冲对典型无线电引信的干扰和损伤影响,应用时域有限积分法对典型无线电引信腔体耦合效应进行了数值模拟研究。以典型无线电引信腔体及其低频电路板实际结构为对象进行建模,仿真研究了超宽带电磁脉冲对该引信腔体的耦合特性,分析了引信高低频电路间连线过孔参数和脉冲参数对耦合效应的影响规律,研究了加装印刷电路板对耦合效应的影响。结果表明:与圆形和正方形孔缝相比,矩形孔缝的耦合系数受极化方向的影响显著;脉冲上升时间越小,耦合系数越大;加装印刷电路板后,腔体相同位置处耦合系数下降,谐振频率改变。     

Effect of electromagnetic environment effect on coherent and incoherent Cooper pair tunneling in superconducting C-SET

Cooper pair tunneling in voltage-biased superconducting C-SET structure is discussed with emphasis on the electromagnetic environment effect based on the self-consistent microscopic theory of Coulomb blockade in C-SET. It is shown that coherent Cooper pair tunneling survives only in the low impedance limit where charge fluctuation is large, while incoherent Cooper pair tunneling survives in both low- and high-impedance limits.     

电磁辐射作用于计算机主板的模拟及效应评估

提出了一种电磁辐射（EMR）效应评估的方法：通过区域分解并且引入子域敏感因子,采用电场强度的加权平均作为EMR效应评估的参考指标。以一款普通计算机主板作为研究对象,使用时域有限差分法（FDTD）进行模拟计算,得到了EMR作用下计算机主板耦合的电磁场分布。基于该效应评估方法,比较了3~12 GHz 的平面电磁波在0°~90°入射时对计算机主板的效应。数值模拟结果表明：随着平面电磁波入射角度的增加,EMR对计算机主板的影响趋于减弱;EMR频率的变化对效应没有显著影响。当EMR入射角度为40°时,最高主板表面耦合的电场强度达到最大值;0°入射时,主板上平均电场强度达到最大值;随着入射EMR频率的升高,主板表面的最大电场强度趋于减弱。     

嵌入式ADC电磁敏感度的温度效应分析与实验

模数转换器(ADC)在测控系统中应用广泛,针对嵌入式ADC复杂环境下的电磁敏感性问题,通过理论分析和实验测量研究了环境温度对其电磁敏感度的影响。结合ADC结构与特性,分析了射频信号对ADC的干扰机制,指出了环境温度对干扰信号作用下的金属氧化物半导体(MOS)漏电流的影响。在不同温度下,测量、分析了电磁干扰下各部分电路参数的变化情况。并在10 MHz~1 GHz频率范围、-10~80 ℃温度范围内测量了ADC电磁敏感度的温度效应。结果表明,变化的环境温度会通过影响MOS晶体管的迁移率,改变其在电磁干扰下的响应,造成ADC电磁敏感度随环境温度变化发生显著漂移。     

PIN限幅器电磁脉冲效应数值模拟与验证

基于电磁脉冲对半导体器件效应的电-热多物理场模型,利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了PIN限幅器电磁脉冲效应数值模型,研究了不同峰值功率的电磁脉冲作用下限幅器的输入/输出特性,以及大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系。模拟与实验结果表明:基于器件热效应影响载流子输运过程的电-热多物理模场型,模拟限幅器在大功率电磁脉冲注入下输入/输出功率的结果与实验结果吻合较好;模拟大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系式,与Wunsch-Bell半经验关系式符合较好。     

PIN限幅器电磁脉冲效应数值模拟与验证

基于电磁脉冲对半导体器件效应的电-热多物理场模型,利用Sentaurus-TCAD仿真器建立了PIN限幅器电磁脉冲效应数值模型,研究了不同峰值功率的电磁脉冲作用下限幅器的输入/输出特性,以及大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系。模拟与实验结果表明：基于器件热效应影响载流子输运过程的电-热多物理模场型,模拟限幅器在大功率电磁脉冲注入下输入/输出功率的结果与实验结果吻合较好;模拟大功率电磁脉冲注入PIN器件热损伤阈值与脉冲宽度的关系式,与Wunsch-Bell半经验关系式符合较好。     

Effect of heat transfer on the penetration of an electromagnetic pulse into a plasma layer and the inverse skin effect

Penetration of a heating pulse into a plasma layer was studied using the system of coupled nonlinear equations for electric field, electron, and ion temperatures. Numerical calculations of field structure and temperature evolution are performed both in the absence and in the presence of heat transfer. It is established that heat transfer leads to a more rapid penetration of the field near the illuminated surface of the layer and impairs penetration in regions of the layer far from this surface. We found that heat transfer promotes the creation of more favourable conditions for manifestation of the inverse skin effect.     

通信机箱内连接器电磁干扰建模与仿真

随着工作频率的提高,通信系统面临的电磁干扰问题日益严重。其中高速连接器信号走线上的高频电流是产生电磁辐射的主要干扰源。对含有复杂元器件的通信机箱进行电磁建模与仿真长期面临结构过于复杂、仿真与测试难以匹配等困难。提出基于机箱Q值测算融合的方法建立等效仿真模型,基于区域分解对干扰源和机箱进行协同仿真,并采用有源叠加实现随机信号叠加效应的仿真分析。提出的分析方法可准确模拟真实机箱的谐振及耗散特性,简化连接器多端口激励随机叠加效应的仿真计算,实现机箱泄漏场强的准确预估。     

基于随机拓扑的复杂腔体电磁辐射统计特性

针对电磁波经孔缝耦合进入多端口微波混沌腔体的电磁辐射问题,推导了孔缝随机耦合模型,以预测单腔体各孔缝处耦合电压的统计特性;并将该模型与电磁拓扑理论结合,提出了一种复合计算方法孔缝随机拓扑模型,用于分析级联腔体的孔缝耦合电压和传输系数等电磁量的统计特性,将该算法的计算结果与网络级联理论的计算结果进行对比,验证了算法的正确性。该模型可成为分析复杂不规则混沌腔体的孔缝耦合问题以及混响室研究的有利工具。