HEMP脉冲电流注入的仿真与实验研究

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脉冲电流注入(Pulsed Current Injection,PCI)试验是开展电磁脉冲效应研究的一种重要手段。但由于缺乏定量的分析方法,无法明确试验平台各参数与注入电流间的具体定量关系,从而难以针对不同受试电子设备确定最优的试验设置,影响了PCI试验的实际效果,限制了这种方法的应用和进一步的推广。论文通过建立包含脉冲源、耦合装置、受试线缆及其末端负载的PCI整体电路模型,量化了PCI各物理参数及脉冲作用过程,发展了基于电路仿真的PCI试验分析和设计方法,并在此基础上给出了一种实现注入与辐照等效的工程方法以及与之配套的试验系统。具体研究内容如下:首先,通过采用实际内部电路模型表征脉冲源、建立基于RLC网络的电流注入环时域电路模型、应用测试支架代表受试线缆等,完成了感性PCI简化平台的整体电路建模。采用多导体传输线的方法建立了电流注入环与线缆束间的耦合电路模型,应用SPICE+Matlab程序联合的方法解决了屏蔽电缆PCI仿真问题,使用多段集总参数电路建立了考虑分布参数影响的k A级注入环模型,从而完善和扩展了感性PCI电路模型。同时开展了多项验证实验,结果表明上述建模方法具有可行性,且模型仿真精度较高。在此基础上,进行了模型的应用研究工作:以CS115试验和指数波PCI例,仿真分析了试验设置中各参数变化对注入电流的影响并提出了优化措施;应用电路仿真技术,设计试验平台设置及参数,在PCI试验中复现受试设备端口在辐照环境下的感应电流,实现注入与辐照方法的等效性。其次,建立了容性PCI的多导体传输线模型并编写了相应的计算程序,频域和时域的验证实验结果和计算结果符合较好。开展了接触式PCI的仿真与实验研究,一是给出了非屏蔽线接触式PCI耦合去耦电路的分析与设计方法,研制了集成化的耦合去耦装置,在实际试验中得以应用并取得良好效果;二是建立了电缆屏蔽层接触式PCI的简化电路模型,验证实验表明,相比于文献模型,该简化模型在大幅降低复杂度、提高仿真收敛性的同时,可保持仿真精确性基本不变。最后,介绍了现有PCI试验系统并分析了存在的主要问题,同时结合前期PCI技术研究(特别是基于仿真的注入和辐照等效性工程实现方法)提出的新要求,对试验系统进行了完善和优化:设计研制了波形参数程控可调脉冲源系统、基于无线传输的PCI电流测试系统,给出了基于测控一体化的PCI试验管理系统设计方案。
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