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强电磁脉冲与有孔矩形腔耦合及地下强电线与地下管线之间互感系数相关研究

汪柳平  
【摘要】: 随着电子技术越来越朝着高频、高速、高灵敏度、高可靠性、多功能小型化的方向发展,导致了现代电子设备产生和接受电磁干扰的几率大大增加。电磁兼容一般指电气及电子设备在共同的电磁环境中能执行各自功能的共存状态,是设备、系统的重要质量指标,也是保障系统工作效能和提高系统可靠性的重要因数。普遍受到各国工业界、研究机构和军事部门的高度重视,被各国确认为电子产品的强制认论证重要组成部分。屏蔽被认为解决电磁兼容问题主要三大手段之一,而备受关注。 外界强电磁脉冲与系统相互作用耦合的途径主要有“前门”耦合和“后门”耦合。耦合研究是弄清系统效应和系统在强电磁环境下加固技术的关键问题。本论文针在空腔、腔体内布置印刷电路板(PCB板)、腔体内安装金属支架三种情况下,分别对外界强电磁脉冲与腔体壁上的孔缝之间耦合进行了理论研究和数值分析;针对地下强电线(如电力线)传输的电压愈来愈高,地下管线(如通信线)愈来越多,强电线对管线的干扰越来越严重。本文对强电线与地下管线相互干扰的重要参数(即互感系数)进行物理分析和计算公式化简。上述方面本文已取得了主要创新点及研究成果如下: 1.介绍了Robinson,M.P等人有孔矩形腔传输线模型的基本理论及计算有孔矩形腔体屏蔽效能的计算公式。针对上述孔缝计算公式没有考虑到入射电磁脉冲极化方向,在此基础上本文完整分析和推倒入射强电磁脉冲为任意极化方向条件下,屏蔽腔体屏蔽系数计算公式并给于物理解释。通过对解析计算与数值仿真分析了孔缝大小、孔缝位置、孔缝的形状、孔阵中孔缝之间的距离、外界电磁脉冲的极化方向等因素对腔体屏蔽效能的影响,提出多项针对屏蔽腔腔加固设计技术的结论。 2.运用电磁场在屏蔽材料表面损耗结论,针对耦合进入腔体电场能量主要集中在腔内谐振频率附近构成对屏蔽腔内的电子系统危害,本文通过在屏蔽腔内壁上涂敷针对谐振频率的有损耗人造电介质涂层,实现了在相同电介质厚度条件下对该谐振频率最佳的抑制效果。 3.针对屏蔽腔体是为保护电子系统而设计,本文运用电磁场理论完整分析和推倒出在屏蔽腔体内安装印刷电路板(PCB板)条件下,有孔屏蔽腔体内屏蔽系数计算公式。通过对上述有孔屏蔽腔内屏蔽系数解析计算与数值仿真一致表明:印刷电路板的损耗作用能明显改善腔体谐振频率附近屏蔽效能,同时说明腔体的谐振频率对印刷电路板上的电子系统影响最大。 4.针对屏蔽腔体内通常安装金属板或金属支架情况,本文运用电磁场波导理论,分析和推倒在腔体内安装金属板或金属支架条件下,屏蔽腔体内屏蔽系数计算公式。通过解析计算与数值仿真一致表明:金属板在腔体内的大小、数量、位置可以明显改变腔体的谐振频率。因耦合进入腔体电场能量主要集中在腔内谐振频率附近,这对为保护电子系统而进行屏蔽腔设计有理论和实践指导意义,但腔内的金属板不能改变腔体内整体屏蔽系数。 5.针对地下强电线对地管线干扰越来越严重,原有解决两条地下电缆之间互感系数计算公式包含由特殊函数(如Neumann函数、Struve函数)的无穷积分计算。本文将特殊函数展开适当取项,得出简化计算公式,由于简化公式内没有特殊函数的计算和复杂的函数积分,故该公式的运用是比较简便,并在极端条件下对公式进行了验证,可供工程设计计算参考。


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