屏蔽电缆的电磁脉冲时域耦合特性研究

屏蔽电缆对电磁脉冲辐射场的耦合特性对电子设备、系统的电磁干扰控制和电磁脉冲防护具有重要意义。研究屏蔽电缆的双传输线模型分析方法,计算不同频段电磁脉冲辐射场激励下,两种典型的屏蔽电缆在屏蔽层两端不同接地状态时,屏蔽层和芯线上的感应电流。编织屏蔽电缆芯线上的感应电流比管状屏蔽电缆大几个数量级;由于集肤效应的影响,管状屏蔽电缆芯线上的耦合随着频率的升高而降低;编织屏蔽电缆由于编织电感和小孔电感的影响,芯线上的耦合随着频率的升高而升高。对于高灵敏的高频、微波系统,对电磁脉冲的防护时要选用管状屏蔽电缆。     

直升机雷电间接效应及耦合机理仿真北大核心CSCD

[目的]雷电电磁效应与耦合特性是直升机电子电气设备雷电防护设计的重要分析依据。[方法]依据SAE-ARP5412和SAE-ARP5416标准规定的试验波形与方法,在基于传输线矩阵法(TLM)的CST线缆工作室中对典型雷击模式下直升机内外电磁环境和电缆耦合电平的影响因素以及规律进行研究。[结果]结果表明:雷击电磁场的建立是一个迅速变化的过程,并随时间、空间、结构呈现复杂变化;雷电耦合机制是雷电流再分布的阻性耦合以及机体缝隙共振耦合的相互作用,并且其与频率有很强的依赖关系;电缆感应电平会受到飞机蒙皮电阻、雷电流波形参数以及电缆屏蔽层阻抗等因素的影响。[结论]所做研究揭示了雷电电磁耦合机理及电缆雷电电磁感应的相关影响规律,为航空器电缆敷设和雷电电磁环境防护提供了依据和支撑。     

基于CST的接地电阻对金属编织网屏蔽效果影响仿真分析

文章针对舰船工程中接地电阻对于电缆屏蔽层屏蔽效果影响的问题,重点讨论了接地电阻对于金属编织网屏蔽层屏蔽效果的影响。基于CST电磁场仿真设计平台,结合工程实际,建立发射及接收电缆三维仿真模型,对不同接地电阻对金属编织网屏蔽层屏蔽效果的影响进行仿真和分析,研究结果表明,对于一定长度的电缆,当接地电阻低于一定值时,随着接地电阻的增加,感应电压最高值对应的频点处,金属编织网屏蔽效果变化不大,其余频点的屏蔽效果略微降低;当接地电阻高于一定值时,随着接地电阻的增加,整个频段内,金属编织网屏蔽效果迅速降低。     

飞行器雷击瞬态电磁响应数值仿真

[目的]随着航天技术的快速发展,海上发射成为未来的发展趋势之一,而运行在大气中的飞行器时常会遭遇到雷击,严重时会造成机载设备损坏。[方法]针对该问题,建立飞行器表面无缝隙和有缝隙2个模型,使用CST软件中的传输线矩阵法研究雷击情况下2种飞行器模型的感应电场和磁场、表面电流和线缆感应电流的分布规律;研究飞行器内部线缆不同长度情况下线缆感应电流的变化。[结果]结果显示,对于同一个飞行器模型,轴向同一位置的表面电场和磁场与内部电场和磁场不仅在感应峰值上有差别,电场和磁场的变化趋势也有很大的不同;缝隙对飞行器表面电场和磁场变化的影响不大,但对飞行器内部的影响很明显;飞行器上的缝隙对线缆感应电流的影响巨大,相比于有缝隙模型,无缝隙模型中的单线感应电流峰值降低了1 000倍,同轴线电流峰值也降低了15倍。[结论]所得结果对于理清雷电对飞行器的电磁效应,进而开展下一步的雷电防护工作具有一定的借鉴意义。     

邻近雷击电场环境模拟装置的设计与实现

[目的]雷电对空阔海域上的舰船危害极大,特别是随着电子、电气设备及封闭式集成桅杆的大量应用,舰船雷电间接效应日趋严重。为了有效开展舰载电子、电气设备的雷电间接效应试验,[方法]基于Marx发生器原理,设计并实现一种邻近雷击电场环境模拟装置。该装置利用可调单球隙实现冲击高压的峰值截断,通过高压极板与导电地平面建立邻近雷击电场模拟环境。[结果]试验结果表明,该装置截断时间小于2μs,跌落时间小于0.09μs,能够产生符合GJB 1389A-2005要求的脉冲电场环境。[结论]模拟装置可为依据GJB 8848-2016开展系统电子、电气设备的邻近雷击间接效应研究提供设备支持。     

屏蔽电缆的耦合影响分析

针对工程中的电缆耦合问题,着重探讨了屏蔽电缆的电磁耦合影响。运用三导体传输线的理论建立屏蔽电缆电磁耦合的等效电路模型,并分析了相关的感性耦合和容性耦合。在此基础上,对某屏蔽电缆受邻近电缆耦合引起的串扰电压的幅频响应特征进行了仿真分析,结果表明,将屏蔽层任一端接地都能消除容性耦合;只有将屏蔽层两端都接地,才会影响到感性耦合。     

FPSO中高中压单芯电缆金属护套接地方式的研究

本文介绍了单芯电缆金属护套常见的接地处理方式,分析感应电压产生的原因。金属护套的感应电压除了和运行负荷的工作电流,电缆排列的方式,线芯的间距有关,还与供电回路数量,护套的接地方式选择有关。最后,结合巴油P70项目采用电缆的参数及分析计算,指出实际敷设中应采用三角型排列,金属护套采用单端接地处理方式。     

船舶多芯屏蔽通信电缆耦合效应分析

以船舶多芯屏蔽通信电缆的变形压缩为研究对象,应用线性边界元法分析了船舶多芯屏蔽电缆变形引起的耦合响应变化。通过实例计算结果表明:用线性边界元法计算船舶多芯屏蔽通信电缆,不仅具有较高的精度,而且可很方便地应用于各类船舶电缆的工程计算;给出了两种船舶通信电缆不同位置放置时各芯线间的耦合电容随变形程度变化的关系曲线,以获得合适的敷设位置。     

舰船接地技术与EMI控制

论述了近十年国内外舰船的主要接地技术和在控制电磁干扰方面的应用.具体分析了舰面设备或部件上感应电压产生的原因和相应的控制技术,介绍了接地技术在提高屏蔽电缆屏蔽效能和减小耦合方面的应用,讨论了舰用数字计算机接地系统的基本组成和安装要求,提出了舰船系统接地的基本原则.     

考虑介质层影响的电磁脉冲耦合传输线模型北大核心CSCD

[目的]Baum-Liu-Tesche(BLT)方程是进行场–线耦合计算的重要方法,在电磁耦合定量分析领域具有广泛应用。经典BLT方程忽略了线缆介质层对入射电场的畸变特性,导致在特定入射、极化方向下的耦合效率计算出现较大误差。[方法]针对该问题,将频域修正的BLT方法引入时域,研究在高空电磁脉冲(HEMP)激励下单根线缆负载电压和电流响应的计算方法,并通过与全波算法计算结果对比,验证模型的正确性。在此基础上,对修正方法所适用的线缆结构(高度、线径、介质层参数等)、入射电场(入射方向、极化方向)特征进行分析。[结果]结果显示,在HEMP激励下,以全波仿真结果为基准,经典BLT模型预测响应结果误差可高达一倍以上,而引入介质层修正系数后的BLT模型准确度显著提高。[结论]该研究验证了BLT修正模型在分析时域场–线耦合问题时的准确性,提出了BLT修正模型的适用性判据,有助于阐明HEMP同实际复杂线缆的相互耦合作用机制。     

基于超松弛解析迭代方法的多导体传输线电磁脉冲响应计算方法

电磁脉冲会在多导体传输线中感应出较高幅值的感应电压和电流,对传输线端接设备等具有严重威胁。所以,对多导体传输线进行建模,分析多导体传输线电磁脉冲响应对于预测电力线的电磁脉冲效应,研究其保护方法具有重要的意义。在多导体传输线建模方面,传统的链参数矩阵算法由于存在大量的矩阵求逆运算,在存在大量线缆时其计算速度较慢。基于此问题,提出了基于解析迭代方法的多导体传输线电磁脉冲响应计算方法(DARIT-field),该方法在求解每根线缆上的响应时,将临近线缆的串扰耦合效应等效为在临近线缆上均匀分布的激励源,计算过程得到了大幅简化。并对基于不同迭代方法的多导体传输线电磁脉冲响应计算方法进行了对比,最后利用实例对每种方法的优、缺点进行了对比。     

角锥喇叭天线高空电磁脉冲响应统计特性分析北大核心CSCD

[目的]旨在研究入射参量随机分布条件下电磁脉冲作用时角锥喇叭天线的耦合响应规律。[方法]首先,基于CST电磁仿真软件与Matlab软件联合仿真,建立角锥喇叭天线的电磁脉冲响应统计分析模型;然后,利用CST建立天线电磁脉冲响应仿真模型,通过电压驻波比、增益曲线来验证模型的合理性;接着,考虑通信系统在发射、接收等不同状态下的射频端口阻抗特性,在峰值场强50 kV/m的高空电磁脉冲(HEMP)照射下,得到天线端口耦合响应指标(包括开路电压、短路电流和负载电流等);最后,在球坐标系中设定方位角、仰角和极化角以服从均匀分布,并使用Matlab对天线负载响应波形峰值、波形能量等主要响应指标进行分布拟合。[结果]结果显示,主要信号指标概率分布大都呈“凸”字形曲线。以波形峰值为例,其响应波形峰值有90%的概率小于0.13 A,仅为最大峰值0.8 A的16.2%,即除了在特定的电磁脉冲入射范围内,角锥喇叭天线响应波形的各信号指标在大多数情况下都保持在较低水平。[结论]所得结果可为通信系统电磁脉冲易损性分析奠定基础。     

风电机组电气设备雷击瞬态接地特性及差异化防护

风电机组电气设备直接或间接与接地系统相连,风机遭受雷击时需要对两者电位差提出差异化防护建议。结合矩量法给出风电机组的模块化雷击瞬态计算模型,针对雷击叶片或机舱避雷针时接地路径上电位分布找到雷击薄弱点,重点对机舱内电气设备、塔筒内机柜以及控制电缆提出差异性防护措施和建议：建议机舱内所有电气设备外壳和底板添加等电位连接线,显著降低两者电位差约90.7%;建议增加机舱内表面金属网格至8×8个,电磁场强度最大可降低83.71%,有效避免机舱内闭合电路产生耦合电流;建议控制电缆机舱端和塔底端双端接地,电缆的芯皮电位差可控制在2 kV以内;建议塔筒内机柜位于塔筒高度的1/3位置,并尽可能改善土壤接地环境以降低泄流时机柜接地电位。     

军用电子设备电磁兼容性的分析与措施

介绍了军用电子设备电磁兼容性的重要性,分析了线缆间的串扰问题,在线缆选择阶段应考虑的问题,在布线时的分组扎线问题,以及对线缆屏蔽的接地要求。     

基于直击雷先导发展模型的舰船雷击附着点计算及试验验证北大核心CSCD

[目的]为设置并完善舰船防雷措施,对舰船关键设备的雷击风险和避雷针防护效果进行评估。[方法]首先,构建能模拟自然先导发展状况的先导发展模型,并引入舰船模型对舰船的雷电附着过程进行分析计算;然后,研究下行雷电先导发展至舰船四周不同区域时的舰船表面电场分布、各位置受到雷击的可能性,以及避雷针对雷击风险的防护效果;最后,在实验室中开展缩比模型放电试验并验证计算结果。[结果]结果显示,雷击附着点主要集中在舰船结构相对突出的位置,避雷针可改善舰船表面的电位分布,起到雷击防护作用,但最终雷击点的确定与下行先导的发展区域有关。[结论]结合计算结果与舰船缩比模型雷击附着试验结果,能够分析舰船直击雷防护薄弱环节,雷击附着点的最终位置与双向先导的连接情况关系紧密,所提先导发展模型能较好地对不同先导发展方位下受到雷击的舰船区域进行预测。     

软辫线对屏蔽电缆耦合的影响分析与仿真

文章针对工程中的电缆耦合问题,着重探讨了软辫线对屏蔽电缆耦合的影响。运用三导体传输线的理论分析了屏蔽层采用软辫线接地情况下的屏蔽电缆受邻近电缆耦合引起的串扰。在此基础上,仿真分析了因电缆间耦合作用到软辫线上而在屏蔽电缆上引起的串扰电压的幅频响应特征,结果表明：软辫线的存在一定程度上降低了屏蔽线的屏蔽效能。     

Time-domain shielding effectiveness analysis based on DGTD method北大核心CSCD

[目的]为精确分析金属屏蔽腔的时域屏蔽效能,提出一种基于局部时间步进技术和并行技术的时域不连续伽辽金(DGTD)算法。[方法]利用DGTD算法,对金属屏蔽腔进行全波电磁仿真,进而计算时域屏蔽效能(TDSE);利用局部时间步进(LTS)技术增大时间步长,然后结合并行技术显著缩短计算时间;分析金属屏蔽腔的孔径尺寸、腔体厚度、阵列孔间距等设计参数对时域屏蔽效能的影响。[结果]数值算例结果显示,所提方法正确、有效。[结论]所提方法为电磁屏蔽问题的仿真提供了一种有效的工具,对金属屏蔽腔的设计具有一定的指导意义。     

气垫船在内压作用下的水下辐射声功率分析

[目的]旨在研究气垫内压对气垫船水下辐射噪声的影响规律。[方法]以某气垫船为研究对象,首先,根据Newton–Raphson迭代法模拟气垫内压下围裙的成形过程;然后,基于声-固耦合有限元法建立气垫船围裙-气垫-周围水域的耦合模型,并采用模态试验对数值模型予以修正;最后,分析围裙所受压力和气垫压陷深度对气垫船水下辐射声功率的影响。[结果]研究表明：水下辐射噪声与气垫内压呈正相关,气垫内压每增加1 000 Pa,其水下辐射的总声功率级增加约0.97 dB;增大气垫船围裙刚度可有效降低气垫船低频段水下辐射声功率,增大气垫压陷深度则会增大较高频段的声功率级峰值,且使峰值位置向低频偏移。[结论]研究揭示了气垫内压对气垫船水下辐射声功率的影响规律,对气垫船水下辐射噪声的评估与数值预报具有重要指导意义。     

电磁感应式水下松耦合变压器的设计与仿真

水下自治机器人的电能传输是深海资源勘探中必须解决的问题。如今大部分水下机器人采用接触式电能传输方法,然而其系统的复杂密封结构使其接口会出现严重磨损并存在漏电隐患。与接触式方法相比,非接触式电能传输技术^([1])(CLPT)方法避免了电击、漏电等危险,而且不需要复杂的密封工艺。首先,建立无线电能传输系统的互感和励磁模型,然后分析其系统传输特性,建立水下CLPT模型,利用ANSOFT仿真软件,得到自感、互感及耦合系数,通过对耦合器性能参数、漏磁屏蔽等进行有限元分析,实现电磁耦合器结构[2]的优化设计。进一步仿真耦合系数与气隙、输出电压和传输效率随负载的变化规律。仿真结果表明,优化后的电磁耦合器具有良好的耦合特性,能够充分发挥无线电能传输系统的优势,通过安全高效的传输方式地为水下机器人提供足够的电能。     

EMP激励下带孔缝金属机箱的屏蔽效能研究

研究理想带孔缝金属机箱在电磁脉冲(EMP)激励下的电场屏蔽效能(SE),对不同结构和不同数量孔缝的耦合结果进行了讨论.耦合电场的分布呈现明显的谐振现象,谐振峰值位于机箱中心区域.对于面积相同的单孔缝,当入射波极化方向与矩形缝短边平行时,矩形缝机箱的屏蔽效能最小,圆孔机箱的屏蔽效能最大.在保持总开孔面积不变的情况下,将较大的单孔缝分解成多个较小的孔缝,可有效增大机箱的屏蔽效能.另外,采用双层屏蔽也可显著提高机箱的屏蔽效能.