一维脉冲电流注入技术研究

论文摘要

一维结构的电子部件,诸如数据传输线、指令控制线、电源线、电缆等,在高空电磁脉冲环境中,会感应出脉冲干扰电流,从而可能对连接的电子设备产生破坏。脉冲电流注入方式是一种简便、可靠的电子设备电磁敏感性测试方法。本文主要从理论和实验两个方面研究了对导线、电子功能部件等进行脉冲电流注入的技术和敏感性测试方法。采用传输线计算模型,对导线在核电磁脉冲环境下电流响应进行了理论分析。计算了地面附近铺设的导线在两端短路、两端接高阻、一端接地一端接电阻、两端接不同电阻等四种状态下的电流响应。计算结果为注入装置设计提供了理论依据。研制了一套脉冲电流注入装置。装置工作在非接触方式,主要部件包括储能电容、火花放电开关、磁场耦合部件等,可以在4m长导线上注入150A的脉冲电流,输出幅度可以调节。建立了导线与功能电路的脉冲电流注入实验方法与电磁敏感性测试方法。搭建了用于监测通信状态的计算机数据线实验平台,利用研制的卡钳式脉冲电流探测器对注入电流进行监测。给出了电磁敏感性干扰与损伤阈值定义。选择RS-232、RS-422通信接口电路,进行了电磁脉冲的干扰阈值和损伤阈值测试。并得到了这两种电路的阈值,最后给出了初步的分析。结果表明损伤模式为电流损伤,注入电流过大导致接口电路内部发生烧毁,端口电压的作用在于改变了电路端口的阻抗特性。提出了以能量形式表征干扰阈值和损伤阈值。注入电流在10A以上、注入能量在10-3J量级时,有很大可能对RS-232与RS-422造成损坏。从实验和理论分析两方面,分别研究了在导线一端接地一端接电阻、两端接不同电阻状态下,电阻改变时响应电流的变化规律。结果表明,导线电流和电阻上电压降随电阻非线性变化,电阻吸收能量会在一定阻值上出现极大值,而且实验与理论计算得到的规律相一致。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪言
• 1.1 研究背景
• 1.1.1 强电磁脉冲环境与电子系统的电磁敏感性
• 1.1.2 电磁脉冲敏感性测试方式
• 1.1.3 电流注入测试方式
• 1.2 电流注入的国内外研究动态
• 1.2.1 国外研究动态
• 1.2.2 国内研究动态
• 1.3 本文的研究内容
• 1.3.1 研究内容
• 1.3.2 研究方案与技术途径
• 1.4 本文的内容安排
• 第二章 核电磁脉冲环境响应理论分析
• 2.1 高空核爆炸电磁脉冲环境（HEMP）
• 2.2 导线的电磁脉冲感应电流传输线理论模型
• 2.2.1 taylor 理论模型
• 2.2.2 Agrawal 理论模型
• 2.2.3 入射波参数模型
• 2.3 导线感应电流的传输线模型计算结果
• 2.4 导线感应电流随导线长度的变化规律
• 2.5 本章小结
• 第三章 脉冲电流注入装置与注入波形
• 3.1 脉冲电流注入装置总体
• 3.1.1 注入装置整体结构
• 3.1.2 注入装置工作过程
• 3.1.3 注入装置电路图模拟
• 3.2 注入装置部件
• 3.2.1 储能电容器
• 3.2.2 火花开关
• 3.2.3 负载水电阻
• 3.2.4 耦合部件与磁芯
• 3.2.5 其它
• 3.3 电流注入装置输出波形
• 3.4 本章总结
• 第四章 脉冲电流注入敏感性测试方法
• 4.1 脉冲电流测试方案
• 4.2 脉冲电流注入测试平台
• 4.3 电磁敏感性测试干扰与损伤阈值定义
• 4.3.1 电磁脉冲敏感性等级划分
• 4.3.2 接口电路敏感性测试干扰阈值和损伤阈值定义
• 4.4 注入测试参数测量技术
• 4.5 本章总结
• 第五章 通信接口电路电磁敏感性PCI 测试
• 5.1 RS-232 电磁敏感性（EMS）测试
• 5.1.1 RS-232 接口电路
• 5.1.2 第一组试验结果
• 5.1.3 第二组试验结果
• 5.1.4 第三组试验结果
• 5.1.5 第四组试验结果
• 5.1.6 RS-232 测试结果总结
• 5.2 RS-422 电磁敏感性（EMS）测试
• 5.2.1 RS-422 接口电路
• 5.2.2 第一组试验结果
• 5.2.3 第二组试验结果
• 5.2.4 RS-422 测试结果总结
• 5.3 本章总结
• 第六章 导线的脉冲电流注入规律研究
• 6.1 导线一端接地、一端接负载
• 6.2 导线两端接不同电阻
• 6.3 不同连接状态导线响应的理论研究
• 6.3.1 导线一端接地、一端接负载
• 6.3.2 导线两端接不同电阻
• 6.4 规律总结
• 第七章 结论
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文与研究成果