电磁脉冲模拟器及其控制研究

【摘要】： 一个实际的电子系统处于金属屏蔽腔体内,不可避免地开有小孔及导线穿入腔体内。外部电磁波通过小孔及线耦合到腔体内,并在导线上感应出瞬态电流,在端接部分感应出电压,由此形成的干扰对系统有破坏作用。电磁脉冲模拟器作为外部高能脉冲激励源,为实验研究复杂电磁环境中的电磁预测问题提供了必要的技术支持。 电磁脉冲模拟器是由脉冲源、前过渡段、中间平行段、后过渡段、负载匹配电阻及其控制电路等所组成的。脉冲源采用5个50kV电容器组成,通过电容器组向负载匹配电阻放电,在中间平行段内产生均匀横电磁(Transvers- e Electromagnetic,TEM)波。本文采用数字信号处理器(Digital Signal Proc- essor,DSP)来对电磁脉冲模拟器进行了控制,通过C语言的软件编程来实现脉冲时间间隔大于15ms、脉冲电压小于50kV连续可调的双指数脉冲波这一功能。 电磁脉冲模拟器的脉冲电源对脉冲波的性能有很大的影响,为此本文采用状态空间法对脉冲电源放电回路进行分析,在时域中,建立了脉冲电压和电流的一阶线性微分方程组,利用Matlab软件对方程组进行了求解,通过理论分析,提出陡化脉冲前沿的具体方案。 在查阅大量文献的基础上,采用电磁场张量法推导出了电磁脉冲模拟器工作空间内电磁场时域解析表达式,计算结果表明电磁场分布是由模拟器的前、后过渡板及平行板上的均匀分布电流的不同滞后位叠加所产生的,而且具有横电磁波特性。为了验证电磁场时域解析表达式的正确性和有效性,利用偶极子传感器对模拟器工作空间内的电场进行了测量。通过比较可知,计算结果与实验测量值基本一致,因此,该解析表达式可用于电子系统的电磁效应分析及其预测研究中,并为今后对复杂电磁环境中的电磁场计算奠定了基础。