基于时频域结合方法的电磁脉冲对传输线耦合效应研究

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瞬变的强电磁脉冲由于其能量高频带宽的特点很容易通过传输线以后门耦合的方式进入电子通信系统中,从而对敏感的电路和器件造成毁伤。本文首先对电子系统中传输线的电磁脉冲环境进行分析,基于传输线理论得到了电磁脉冲耦合到传输线的电报方程,然后通过时域和频域两种方法分别对传输线的电磁脉冲响应进行仿真计算,最后提出了时频结合方法来仿真计算传输线端接非线性器件的电磁脉冲耦合响应,并通过试验加以验证。  本文以大功率非线性瞬态抑制器件对电磁脉冲的传导耦合防护为背景,以电磁脉冲耦合到端接具有非线性器件的双线传输线系统为研究对象,分别研究了电磁场对传输线耦合的频域算法、时域算法并提出了时频域算法。论文以频域算法为基础,分析了双线系统的频域耦合规律,并为时域算法提供佐证,通过构建等效电路的方式使用PSpice软件耦合模型的时域解,从而实现了双线传输线端接非线性器件的电磁脉冲耦合仿真。然后,针对时域方法中存在的一些积分计算复杂、无法直接获得时延的问题提出了时频结合的仿真方法,该方法计算速度快并且可以用来计算传输线端接非线性负载的问题。最后将其用于一些典型传输线模型的计算,并通过试验手段验证了该方法的正确性。  本文的主要成果:  1.对传输线周围的电磁脉冲环境进行分析,从基本的双线模型出发详细推导了传输线的电报方程;  2.基于Taylor模型用频域的方法对传输线模型的电磁脉冲耦合规律进行研究,并编写了相应程序,包括求解双线传输线及双绞线传输线线性负载的响应电流。  3.用PSpice电路仿真软件建立了电磁脉冲的等效激励源,并且基于集总等效电路模型并拓展进而建立了电磁脉冲作用下线缆的等效电路模型,采用基于集总等效电路模型的时域方法计算了电磁脉冲作用下双线的响应电流,并验证了时域解和频域解的一致性;  4.针对SPICE模型计算时域解过程中,一些积分计算复杂,无法获得时延的问题,本文提出了时频结合方法来求解耦合电流,并采用该方法对双绞线的电磁脉冲耦合响应进行计算,最后通过试验对方法的正确性进行验证。
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