一種雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬方法
【專利摘要】本發(fā)明提供了一種雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬方法。該方法以雷電回?fù)舸艌?chǎng)波形與回?fù)敉ǖ赖撞侩娏鞑ㄐ沃g的近似特性為基礎(chǔ)，利用雷擊浪涌發(fā)生器與螺線管線圈的組合實(shí)現(xiàn)雷電回?fù)舸艌?chǎng)環(huán)境的模擬。雷擊浪涌發(fā)生器的輸出波形參數(shù)可通過改變其內(nèi)部電容的組合方式來(lái)調(diào)節(jié)，螺線管線圈的技術(shù)參數(shù)需滿足不同距離處雷電回?fù)舸艌?chǎng)環(huán)境的模擬通過調(diào)整浪涌發(fā)生器的輸出強(qiáng)度和線圈參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。針對(duì)某一指定的雷電回?fù)舸艌?chǎng)環(huán)境，所需施加到線圈兩端電壓波形的上升、下降時(shí)間常數(shù)直接取為待模擬磁場(chǎng)波形的上升、下降時(shí)間常數(shù)，所需施加到線圈兩端的電壓幅值則由待模擬磁場(chǎng)的強(qiáng)度近似計(jì)算獲得。該方法為雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬器的研制提供了技術(shù)支撐。
【專利說(shuō)明】一種雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明提供了一種雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬方法，可應(yīng)用于雷電回?fù)舸艌?chǎng)、高空核爆磁場(chǎng)等波形特征為雙指數(shù)函數(shù)的磁場(chǎng)環(huán)境模擬器的研制。
【背景技術(shù)】
[0002]伴隨著信息技術(shù)的飛速發(fā)展，各種電子設(shè)備的電磁敏感性越來(lái)越高，由地閃回?fù)舢a(chǎn)生的雷電電磁脈沖作為一種典型的危害源對(duì)電磁敏感產(chǎn)品造成的危害呈逐年增加的趨勢(shì)。為鑒定并提高電子電氣設(shè)備的電磁防護(hù)能力，迫切需要對(duì)相關(guān)的電磁敏感產(chǎn)品進(jìn)行雷電電磁環(huán)境下的安全性測(cè)試。但是，由于雷電發(fā)生具有很強(qiáng)的隨機(jī)性、局域性和破壞性，利用自然的雷電電磁脈沖場(chǎng)對(duì)敏感電子設(shè)備進(jìn)行輻射敏感度試驗(yàn)的可行性很差。為提供敏感電子設(shè)備試驗(yàn)所需的雷電電磁環(huán)境，必須按照一定的原則研制相應(yīng)的電磁環(huán)境模擬裝置。但現(xiàn)有的標(biāo)準(zhǔn)(如IEC62305-1)僅給出了試驗(yàn)?zāi)康挠玫睦讚綦娏鲄?shù)及其模擬方法，或者是采用直接放電的方式來(lái)鑒定系統(tǒng)和設(shè)備的雷電防護(hù)能力(如GJB3567-99)，而對(duì)于空間雷電電磁脈沖場(chǎng)的技術(shù)特征還沒有明確的標(biāo)準(zhǔn)，相應(yīng)雷電電磁環(huán)境的模擬方法也未涉及。
[0003]20世紀(jì)60年代以來(lái)，世界各國(guó)建造了許多脈沖磁場(chǎng)模擬器，其典型組成是用一個(gè)對(duì)稱性恒流脈沖源對(duì)線圈放電，在環(huán)中激勵(lì)一個(gè)瞬態(tài)磁場(chǎng)。這類模擬器造價(jià)昂貴、功能單一，大多是用于對(duì)核電磁脈沖場(chǎng)的模擬，不能實(shí)現(xiàn)對(duì)不同距離處雷電回?fù)舸艌?chǎng)環(huán)境的模擬。
[0004]通過對(duì)雷電回?fù)舸艌?chǎng)的實(shí)際觀測(cè)和理論計(jì)算證明，不論是在近場(chǎng)區(qū)還是在遠(yuǎn)場(chǎng)區(qū)，雷電回?fù)舸艌?chǎng)波形與雷電回?fù)敉ǖ赖撞侩娏鞑ㄐ沃g都具有一定的近似特性(即兩者的主要特征都是雙指數(shù)波形)，這就為不同距離處雷電回?fù)舸艌?chǎng)的模擬提供了一個(gè)便捷途徑。因?yàn)槟壳皩?shí)驗(yàn)室內(nèi)的雷擊浪涌模擬技術(shù)已經(jīng)較為成熟，通過將雷擊浪涌模擬技術(shù)和天線發(fā)射技術(shù)相結(jié)合，即可實(shí)現(xiàn)不同距離處雷電回?fù)舸艌?chǎng)的模擬。此處，根據(jù)雷電回?fù)舸艌?chǎng)與回?fù)敉ǖ赖撞侩娏鞑ㄐ谓频摹そY(jié)論，給出了不同距離處雷電回?fù)舸艌?chǎng)的模擬方法，為相應(yīng)雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬器的研制提供依據(jù)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供不同距離處雷電回?fù)舸艌?chǎng)的模擬方法，為相應(yīng)雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬器的研制提供技術(shù)支撐。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明以雷電回?fù)舸艌?chǎng)波形與回?fù)敉ǖ赖撞侩娏鞑ㄐ沃g的近似特性為基礎(chǔ)，利用輸出波形可調(diào)的雷擊浪涌模擬裝置與場(chǎng)形成裝置實(shí)現(xiàn)不同距離處雷電回?fù)舸艌?chǎng)的模擬，具體方法為:
[0007]I)基于該方法的雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬裝置由輸出波形可調(diào)的雷擊浪涌發(fā)生器和螺線管線圈構(gòu)成，采用向螺線管內(nèi)注入浪涌電流的方法實(shí)現(xiàn)雷電回?fù)舸艌?chǎng)的模擬。其中，雷擊浪涌發(fā)生器的輸出波形參數(shù)可以通過改變其內(nèi)部電容的組合方式來(lái)調(diào)節(jié)，目的是給螺線管線圈提供不同的激勵(lì)信號(hào)；螺線管線圈由細(xì)銅絲繞制，充當(dāng)發(fā)射天線以形成脈沖磁場(chǎng)。
[0008]2)所繞制螺線管線圈的技術(shù)參數(shù)需滿足的要求是aphc/(Mo7^ND)?fi>a。其中，D為線圈直徑，N為線圈的匝數(shù)，h。為線圈長(zhǎng)度，P是銅線的電阻率，rdS銅線的半徑，為真空中的磁導(dǎo)率，α、β為激勵(lì)信號(hào)用雙指數(shù)函數(shù)表示時(shí)用以確定電流下降、上升時(shí)間以及最大電流陡度的時(shí)間常數(shù)。
[0009]3)不同距離處的雷電回?fù)舸艌?chǎng)環(huán)境的模擬通過調(diào)整浪涌發(fā)生器的輸出強(qiáng)度和線圈參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。即:所要加到線圈兩端的電壓波形的上升、下降時(shí)間常數(shù)直接取為待模擬磁場(chǎng)波形的上升、下降時(shí)間常數(shù)；所要加到線圈兩端的電壓幅值U由待模擬磁場(chǎng)的強(qiáng)度H根據(jù)U = HR/n近似計(jì)算得出。其中，R = 2DNp/rd2表示線圈的等效電阻，η表示單位螺線管長(zhǎng)度上的線圈匝數(shù)。
[0010]本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)是:
[0011]I)該雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬方法僅用一套雷擊浪涌發(fā)生器與螺線管線圈的組合即可實(shí)現(xiàn)不同場(chǎng)區(qū)雷電回?fù)舸艌?chǎng)環(huán)境的模擬，大大降低了磁場(chǎng)模擬裝置的總體建設(shè)成本。
[0012]2)基于該模擬方法的雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬裝置可實(shí)現(xiàn)輸出波形為雙指數(shù)函數(shù)的脈沖磁場(chǎng)環(huán)境的模擬，輸出波形的參數(shù)特征可以通過調(diào)整浪涌發(fā)生器的輸出波形參數(shù)和線圈參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，大大擴(kuò)展了磁場(chǎng)模擬裝置的適用范圍。
【專利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0013]下面結(jié)合附圖和【具體實(shí)施方式】對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0014]圖1是雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬方法的實(shí)現(xiàn)框圖。
[0015]圖2是螺 線管線圈的等效電路圖。
【具體實(shí)施方式】
[0016]圖1是雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬方法的實(shí)現(xiàn)框圖:其中，雷擊浪涌發(fā)生器的輸出波形參數(shù)可以通過改變其內(nèi)部電容的組合方式來(lái)進(jìn)行調(diào)整，則模擬裝置的輸出磁場(chǎng)波形也會(huì)相應(yīng)改變；磁場(chǎng)形成裝置則由螺線管線圈來(lái)承擔(dān)，線圈的特性參數(shù)和待模擬磁場(chǎng)的強(qiáng)度將共同決定所需的浪涌電壓強(qiáng)度。
[0017]圖2是螺線管線圈的等效電路圖:在該等效電路中，忽略了螺線管線圈的電容效應(yīng)，有:
[0018]線圈電感:L= yQN23iD2/hc(I)
[0019]線圈電阻:R= 2DNp/rd2(2)
[0020]其中，D為線圈直徑，N為線圈的匝數(shù)，h。為線圈長(zhǎng)度，P是銅線的電阻率，rd為銅線的半徑，為真空中的磁導(dǎo)率。注入浪涌電流后，線圈上的電路方程為:
【權(quán)利要求】
1.一種應(yīng)用于雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬的方法，其特征在于: 本發(fā)明所述的雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬方法，以雷電回?fù)舸艌?chǎng)波形與雷電回?fù)敉ǖ赖撞侩娏鞑ㄐ沃g的近似特性為基礎(chǔ)，利用雷擊浪涌發(fā)生器與螺線管線圈的組合實(shí)現(xiàn)雷電回?fù)舸艌?chǎng)環(huán)境的模擬，且不同距離處雷電回?fù)舸艌?chǎng)環(huán)境的模擬可以通過調(diào)整浪涌發(fā)生器的輸出強(qiáng)度和線圈參數(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)。
2.基于權(quán)利要求1所述方法中雷擊浪涌發(fā)生器的輸出波形參數(shù)可直接由待模擬的磁場(chǎng)波形和線圈參數(shù)近似確定，其特征在于: 針對(duì)某一指定的雷電回?fù)舸艌?chǎng)環(huán)境，所需施加到線圈兩端電壓波形的上升、下降時(shí)間常數(shù)可直接取為待模擬磁場(chǎng)波形的上升、下降時(shí)間常數(shù)，所需施加到線圈兩端的電壓幅值U則可由待模擬磁場(chǎng)的強(qiáng)度H根據(jù)U = HR/n近似計(jì)算獲得。
3.將上述雷電回?fù)舸艌?chǎng)模擬方法應(yīng)用于雷電、核電等波形特征為雙指數(shù)函數(shù)的磁場(chǎng)環(huán)境模擬器的研制等，亦受本專利的保護(hù)。
【文檔編號(hào)】G01R31/00GK103852658SQ201210513807
【公開日】2014年6月11日 申請(qǐng)日期:2012年11月29日 優(yōu)先權(quán)日:2012年11月29日
【發(fā)明者】陳亞洲, 程二威, 萬(wàn)浩江, 王曉嘉, 關(guān)闖 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍軍械工程學(xué)院