信号线耦合强电磁脉冲特性及其防护措施的研究

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针对强电磁脉冲耦合信号线产生传导干扰的问题,本文通过搭建试验平台模拟在雷电电磁脉冲与高空核电磁脉冲环境下信号线的耦合特性,分析其耦合到的过电压峰值、能量、频谱分布范围等耦合规律,并分析并比较在不同强电磁脉冲下的耦合特性。再结合线缆耦合参数及规律,针对视频监控系统设计了一种浪涌器件与滤波电路相结合的防护电路,防护电路的设计过程具体包括:首先对浪涌器件进行瞬态响应测试;其次通过ADS仿真软件设计了9阶巴特沃斯低通滤波器,并研究了分布电容对整个防护电路插入损耗的影响;最后将设计的三级防护电路进行防护性能测试,验证其性能好坏。试验结论以成果对有关强电磁脉冲防护研究具有一定的实际意义,本文得到的结论及研究成果如下:(1)信号线在模拟的闪电通道近处耦合到的电压波形近似为双指数波接近源波形,上升时间在μs级别,频率主要分布在几千赫兹,耦合能量等级大;而耦合核电磁脉冲的电压波形则表现为明显的阻尼振荡波形,上升时间为ns级别,频率分布范围更广,高达上百兆赫兹,耦合能量相比较小。(2)对不同的浪涌器件在核电磁脉冲下瞬态响应进行分析,气体放电管和压敏电阻都随着注入电流越大,过冲峰值电压和钳位电压也越大,气体放电管的脉冲启动电压与注入电流关系也是如此,但是弧光电压只跟直流击穿电压有关,直流击穿电压越大,弧光电压也越大,三者响应时间处于ns级,TVS管响应最快,压敏电阻次之,气体放电管最慢。(3)根据被防护电路的工作电压以及工作信号的带宽,确定滤波器的设计指标带宽为0~10MHz,插入损耗小于3d B。将所设计滤波器加在信号线终端置于有界波模拟器中与未加入防护线缆耦合电压作对比,加入滤波器后将其耦合电压控制在3V左右。(4)为了研究TVS的分布电容对其插入损耗的影响,通过ADS仿真得到TVS管分布电容越大,对整个防护电路的插入损耗也就越大,因此在选择TVS管时,尽量选择电容量小的。(5)最后将整个设计好的防护电路进行防护性能测试,最终测得的残余电压和残余电流基本是符合测试标准的。
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