长线缆高空核电磁脉冲效应的数值求解及仿真分析

本文研究了高空核电磁脉冲的作用下线缆的耦合效应,采用了Agrawal模型传输线分析方法,对高空核电磁脉冲耦合效应下的感应电流和电压进行了解析求解,讨论了入射波电场位于入射波平面左侧和右侧这两种情况时负载端感应电流数值解析式的差异,并通过MATLAB软件仿真,分别分析了这两种情况下不同线缆负载、线缆长度、线缆高度对终端感应电流的影响。

高空核电磁脉冲空间分布特征研究

目的评估一定范围内高空核电磁脉冲,计算高空核电磁脉冲电场强度,以及研究电场强度的空间分布特征。方法从高空核爆炸物理过程出发,结合现有的理论成果和相关计算公式,对高空核爆产生早期高空核电磁脉冲的场强数值计算过程进行推导,并编写相应计算程序。结果得到指定情况下的核电磁脉冲时域波形和观测范围内电场强度分布,计算结果与IEC标准中变化规律一致。此外,对不同爆炸当量、爆炸高度、爆炸位置和不同观测位置下电场强度进行了计算,并对高空核电磁脉冲空间分布特征进行了分析,讨论了各主要计算参数对高空核电磁脉冲电场强度和时域波形的影响。结论爆炸高度增加,高空核电磁脉冲场强峰值降低,到达场强峰值的时刻延后。随着爆炸当量的增大,高空核电磁脉冲场强峰值也会增加,但会随着当量变大增速变缓直至趋向饱和,到达电场峰值的时刻也会相对提前。随着纬度的增大,场强峰值也随之增大。随着观测高度的增大,场强峰值呈线性趋势有一定升高。

典型材料的高空核电磁脉冲屏蔽效能评估

随着信息技术和半导体技术的不断发展,现代电子设备的集成化程度和电磁敏感性都在不断提高,特别是在面对高空核电磁脉冲(High-altitude Nuclear Electromagnetic Pulse,HEMP)这种具有超高场强、较宽频带和极短上升沿的强电磁脉冲时,极易成为攻击目标而影响正常工作。在参照国内外各种权威标准的基础上,利用CST电磁环境仿真模拟软件,通过测试不同类型、不同尺寸和不同条件下典型材料的HEMP屏蔽效能,分析研究典型材料的HEMP防护规律,为后续利用典型材料提高电子设备的HEMP防护能力,以及高性能HEMP防护材料研究和制备提供重要数据支撑。

某数据链设备高空核电磁脉冲防护设计

文章以某数据链通信设备作为研究对象,分析了高空核电磁脉冲特性,并进行理论计算,采用电磁仿真软件FEKO构建了通信设备天线模型,重点分析了通信设备天线在高空核电磁脉冲环境下的频域和时域响应情况。仿真结果表明,高空核电磁脉冲对100MHz以下无线通信设备影响很大,高空核电磁脉冲从天线耦合进入射频收发信机后,会对设备造成严重损伤。为了降低高空核电磁脉冲对设备的损伤,本文在理论分析和仿真的基础上,对舱外天线和舱内设备进行防护。在理论分析和仿真的基础上,使用高空核电磁脉冲模拟器进行试验,试验结果表明,增加高空核电磁脉冲防护的某数据链设备可满足高空核电磁脉冲使用环境要求。

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。

基于横电磁波天线的高空核电磁脉冲辐射波模拟器设计

为解决传统核电磁脉冲模拟器存在测试空间受限的问题,提出了基于横电磁波(TEM)喇叭天线的高空核电磁脉冲辐射波模拟器设计方案。通过数值仿真验证了TEM喇叭天线的辐射场波形,指出TEM喇叭天线在应用于辐射式电磁脉冲模拟器时存在低频辐射能力差的问题;通过比较TEM喇叭天线对3种典型核电磁脉冲的辐射能力,发现辐射场的上升沿部分主要取决于激励源的上升前沿陡度,辐射场的脉冲宽度与激励脉冲的宽度有关,可以通过展宽激励源脉冲宽度的方法来补偿TEM天线低频辐射能力差的问题;通过实验验证了利用TEM喇叭天线研制电磁脉冲辐射波模拟器的可行性,但仍需要阻性加载或展宽激励脉冲等方法对TEM喇叭天线的低频辐射性能进行改善。

高空核电磁脉冲对爆炸箔起爆器安全性的影响

目的评估爆炸箔起爆器(EFI)在高空核电磁脉冲下的安全性。方法通过吉赫兹横电磁波室(GTEM)强电磁脉冲模拟系统,开展辐射方式下EFI电极塞在模拟高空核电磁脉冲(HEMP)下的感应电流试验测试。HEMP主要是通过电磁辐射方式在EFI脚线上耦合能量,在爆炸箔上产生感应电流,用光纤场强计监测模拟HEMP的电场强度,并在EFI爆炸箔电极塞脚线上套装电流环,通过示波器监测爆炸箔上的感应电流波形。结果在爆炸箔电极塞两根脚线上分别连接相同长度的导线,按导线长度不同分为5、10、20、30、40、50 cm共6组,使导线成180°状态,EFI的脚线可等效为偶极天线,感应电流随脚线长度增加而增大,两者呈线性关系。结论EFI在HEMP下的感应电流远小于发火电流,对核电磁脉冲环境具有较高的耐受能力,具有较高的安全性。

用高频近似模型和入射-出射波模型对早期高空核电磁脉冲场的计算比对

在康普顿电流和电导率相同的条件下,分别采用高频近似模型和入射-出射波模型对早期高空核电磁脉冲场进行一维计算,得到了地面上电场峰值的分布图以及爆心下方、空间某测试点的电场分量波形比对图。分析表明,计算结果符合对早期高空核电磁脉冲的规律性认识,同时两种方法得到的电场峰值、上升沿、脉宽、下降沿以及整体形状差异很小,说明两者均适用于早期高空核电磁脉冲场的计算。比较而言,高频近似模型的理论来源清晰、方程形式简单,便于求解,所以在实际研究中大多采用该模型。

高空核电磁脉冲照射下车辆表面感应电流研究

高空核电磁脉冲(HEMP)照射下车辆表面感应电流的研究是装甲车辆电磁防护工作的组成部分。根据IEC6100发布的高空核电磁脉冲波形标准,文中建立了高空核电磁脉冲照射下车辆表面感应电流仿真电磁模型,并使用基于FDTD算法的CST软件进行仿真。通过改变HEMP照射方向和去除炮管部位,对比研究不同频点的车辆表面感应电流最大值和峰值区域的变化情况。实验结果表明,不同角度的车辆表面感应电流最大值与照射方向车辆表面结构的复杂度呈正相关变化,在炮管部位有远高于其它部位的感应电流。文中车辆最大感应电流参考值为1.82×103 A/m,重点防护频段为0~40 MHz。

舰船在高空核电磁脉冲辐射下的电磁特性研究

将舰船结构分层,用高频方法仿真研究高空核电磁脉冲(HEMP)从舰船上方垂直向下辐射时,舰船表面及周围电场的分布,并给出了桅杆上方某点电场强度。得出舰船上层建筑周围电场强度最大,且随着舰船结构逐层增加,结构越复杂,电磁环境越复杂。因此,本文的研究对电磁脉冲防护具有一定的参考价值。

一种高空核电磁脉冲磁场测量技术

针对高空核电磁脉冲(highaltitude electromagnetic pulse,HEMP)试验研究,分析了电小环天线测量原理和频率特性,建立了传感器数值模型,研究了其脉冲接收特性,设计了一种B-dot传感器,研制了一套脉冲磁场测量系统.结果表明:当环面半径小于20mm,传感器的上限截止频率达到720MHz以上,标定结果显示测量系统整机的上升时间小于1ns.应用该系统测试HEMP模拟器的电磁脉冲环境,并与电场测量结果进行了比对和验证,结果与理论相符,该系统具备HEMP模拟器产生的快前沿脉冲磁场的测量能力,同时可推广应用于其他强脉冲磁场测量.

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。

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。

早期高空核电磁脉冲的自洽粒子模拟

采用全电磁粒子模拟方法和一维近似模型,考虑电磁脉冲场对康普顿电子运动的影响,数值模拟了早期高空核电磁脉冲产生的自洽过程。给出了理论模型和计算模型,选取了一个计算区域位于源区的算例,比对了自洽处理方法和非自洽处理方法的异同,给出了三个考察点上电场分量的时域波形。结果表明,自洽处理方法会使第1峰值电场强度稍有降低,但对第2和第3峰值电场强度影响不大;同时,自洽处理方法会使第1与第2峰值电场强度之间的时间间隔缩短,但对以后各个峰值电场强度之间的时间间隔影响不大。

电气线路互联系统线缆抗高空核电磁脉冲耦合效应

高空核电磁脉冲(HEMP)对电子设备的耦合途径主要有两方面:一方面是通过装备(产品)上的天线耦合通道进入到电子系统内的"前门耦合"方式;另一方面则是"后门耦合",即通过装备(产品)上的壳体、电源线、电缆、机箱的缝隙、孔洞等途径进行耦合。主要研究电气线路互联系统(EWIS)线缆抗高空核电磁脉冲耦合效应,通过研究HEMP干扰的特征、能量分布,搭建HEMP数学模型,采用控制变量法,改变EWIS线缆类型、离地高度等要素,通过在CST上建立仿真模型以及开展试验,分析HEMP对电子设备造成的影响程度,得到HEMP耦合效应的一般性结论与规律。

通风弯管道高空核电磁脉冲响应研究

对通风弯管道标准模型不同弯曲位置、不同弯曲次数等工况进行仿真计算分析研究了通风弯管道在高空核电磁脉冲环境下的耦合响应,通过单一变量对比、数据处理分析耦合特性的一般规律。结果表明:通风弯管道入口处场强急剧升高,场强随管道长度增加而减小,减小速度减缓,管道出口处有明显场强增加;弯曲位置靠近入射口会降低管道末端场强;管道弯曲次数增加会减小初始耦合场强,但对最高耦合场强大小的影响没有明显规律。

机载综合射频系统高空核电磁脉冲耦合分析与验证

针对工程设计中综合射频系统高空核电磁脉冲(high altitude nuclear electromagnetic pulse,HEMP)防护指标无法分解到各组成设备的难题,研究HEMP对综合射频系统的耦合.采用多通道耦合分析与验证方法,分别对综合射频系统“超短波”(very-high frequency,VHF)天线、“短波”(high frequency,HF)天线、L波段天线、机架以及互联线缆的HEMP耦合进行了仿真分析,并在有界波实验室开展了相应的测试.仿真和试验结果显示:最主要的耦合通道是VHF天线,最大耦合电压达800 V;次要通道是综合射频机架模块的非金属连接器孔缝,最大耦合电压达100 V;HEMP对屏蔽线缆的耦合电压忽略不计.以上耦合电压指标可作为机载综合射频系统分解到各个天线和模块的工程防护设计指标要求.

高空核电磁脉冲对地面线缆的影响

高空核爆可以产生核电磁脉冲(HEMP)并通过与线缆的耦合产生高强度的耦合电流对电子设备产生不同程度的损坏。本文对核电磁脉冲与线缆的耦合做了部分研究。通过仿真软件CST构造模型,进行仿真,获得耦合电流与电压,通过对电压电流的研究分析核电磁脉冲是如何对电子设备产生影响的。

光伏组件高空核电磁脉冲模拟试验研究

基于HEMP模拟装置对光伏组件展开辐照效应试验。通过控制有无铜网屏蔽及仰角大小对耦合电流进行测试,对所得数据进行时域和频域上的分析,以确定各条件对耦合电流的削减效果。结果表明:光伏组件处于模拟HEMP环境中能够产生高频耦合电流,并且耦合信号以共模信号为主,在设计防护电路时应加以注意。耦合电流幅值较大的频段约在0~100 MHz,峰值在20 MHz附近。同时采用铜网屏蔽或减小光伏板仰角均能削减耦合电流,且前者效果更明显。

高空核电磁脉冲海面散射的仿真研究

根据电磁场水平极化波和垂直极化波的反射系数和折射系数表达式,分析了高空核电磁脉冲(HEMP)传播到海面后,在不同极化时的反射系数和折射系数随入射波角度和频率变化的规律。