作者单位
摘要
北京京航计算通讯研究所,北京 100074
结合传统有界波模拟器和辐射波模拟器的特点,采用新型双锥-线栅型平板天线结构,设计了一台水平极化有界波电磁脉冲模拟器。通过电磁仿真和实验测试,对模拟器的辐射特性和场均匀性进行了研究。仿真结果和实测结果基本一致。结果表明,模拟器能产生包含地面反射的水平极化电磁脉冲环境,波形满足上升沿(2.5±0.5) ns、半高宽(23±5) ns的高空电磁脉冲标准要求。模拟器使用灵活机动,能在不小于5 m×3 m×2 m工作空间内产生峰值场强不小于50 kV/m的6 dB均匀场,也能在降低测试场强时提供更大的工作空间。
高空电磁脉冲 电磁脉冲模拟器 水平极化 有界波 high-altitude electromagnetic pulse electromagnetic pulse simulator horizontal polarization bounded wave 
强激光与粒子束
2022, 34(12): 123003
作者单位
摘要
1 西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 瞬态电磁环境与应用国际联合研究中心,西安 710049
2 北京航天发射技术研究所, 北京100076
高空电磁脉冲(HEMP)可能造成广域基础设施的故障或损毁,考虑到经济原因,需要科学合理地评估其中关键电气电子设备在HEMP辐照下的易损性。将不确定性量化与设备效应评估相结合,总结出基于裕量与不确定性量化(QMU)的电气电子设备易损性评估方法及其工作流程,包括:筛选设备关键参数,通常为耦合通道电流、电压的范数;通过HEMP环境及其与设备耦合的数值仿真及不确定性量化,得到HEMP下设备关键参数的概率分布,作为设备的威胁水平;对工作状态下设备进行HEMP效应试验,通过统计推断得到设备效应阈值概率分布,作为设备在威胁下的强度;计算威胁水平与设备强度间的距离,量化设备关键参数的裕量及其不确定性,评估HEMP下的设备易损性。基于QMU的电气电子设备易损性评估方法还可为后续防护设计提供基础数据和评估方法。
高空电磁脉冲 裕量与不确定性量化 易损性评估 不确定性量化 场线耦合 high-altitude electromagnetic pulse quantification of margins and uncertainty vulnerability assessment uncertainty quantification field-to-line coupling 
强激光与粒子束
2021, 33(12): 123011
作者单位
摘要
1 中国工程物理研究院 高性能数值模拟软件中心, 北京100088
2 北京应用物理与计算数学研究所, 北京100088
针对接收机射频前端在电磁脉冲环境作用下的电磁损伤过程模拟问题,以超短波接收机为具体研究对象,基于超外差式接收机电路功能模型,采用Verilog-a和SPICE网表联合建模方法,建立了射频前端低噪声放大器(LNA)电磁脉冲效应仿真模型(Extended LNA Model),并通过S参数仿真和瞬态仿真验证了LNA电磁脉冲效应模型具备正常功能仿真能力;为验证该模型的电磁脉冲损伤模拟能力,以标准电磁脉冲波形作为激励,以偶极子天线作为简化的天线前门耦合通道,在不同强度电磁脉冲作用下,接收机中频电路信号输出表现出了无影响、干扰、损毁的电磁脉冲效应过程,说明了建模方法的有效性;最后以EMP-天线耦合电压峰值作为阈值指标,分析得到了超短波接收机不同电磁脉冲效应等级对应的电压峰值阈值数据。
电磁脉冲效应 射频前端 低噪声放大器 高空电磁脉冲 electromagnetic pulse effect RF front-end low-noise amplifier high-altitude electromagnetic pulse 
强激光与粒子束
2021, 33(12): 123016
作者单位
摘要
中航光电科技股份有限公司, 河南 洛阳 471003
高空核电磁脉冲(HEMP)对电子设备的耦合途径主要有两方面:一方面是通过装备(产品)上的天线耦合通道进入到电子系统内的“前门耦合”方式;另一方面则是“后门耦合”,即通过装备(产品)上的壳体、电源线、电缆、机箱的缝隙、孔洞等途径进行耦合。主要研究电气线路互联系统(EWIS)线缆抗高空核电磁脉冲耦合效应,通过研究HEMP干扰的特征、能量分布,搭建HEMP数学模型,采用控制变量法,改变EWIS线缆类型、离地高度等要素,通过在CST上建立仿真模型以及开展试验,分析HEMP对电子设备造成的影响程度,得到HEMP耦合效应的一般性结论与规律。
电气线路互联系统线缆 高空核电磁脉冲 线缆类型 离地高度 耦合效应 electrical wiring interconnection system cable high altitude electromagnetic pulse cable type height above the ground coupling effect 
强激光与粒子束
2021, 33(12): 123009
作者单位
摘要
西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 西安 710024
从分层视角研究无线通信网络高空电磁脉冲效应,提出了一种具有层级属性的网络级效应评估方法。设计研制了一种无线通信网络效应试验仿真平台,网络使用典型全连通拓扑结构,网络节点使用超外差式收发机,网络运行在超短波频段。开展了小型网络脉冲辐照效应试验和效应机理分析,网络仿真研究了网络规模不同条件下节点失效概率对网络性能的影响。得到以下结论:(1)设备级效应对低层级效应具备一定冗余容错能力,这取决于效应评价指标的选择和损伤组件的功能属性;(2)网络级效应对设备级效应具有潜在放大效果,个别节点失效可能造成网络性能严重下降甚至瘫痪。
高空电磁脉冲 无线通信网络 分层视角 设备级 网络级 效应机理分析 high altitude electromagnetic pulse communication network hierarchical perspective equipment level network level effect mechanism analysis 
强激光与粒子束
2021, 33(10): 103004
作者单位
摘要
1 西北核技术研究所,强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,西安 710024
2 西安电子科技大学机电工程学院,西安 710071
3 北京航天晨信科技公司 北京 102300
为提高甚高频无线通信系统的抗高空电磁脉冲能力,基于易损性分析结果,确定了瞬态泄流和稳态滤波联合防护的设计思路以及设计指标,并研制了防护样件。使用20 ns/500 ns传导注入波形开展防护组件脉冲注入试验,比系统原始防护器残余电流峰值减小60%,启动时间缩短75%,作用时间缩短80%,注入波形低频能量限制(20 MHz以下)提高1个量级;以某甚高频无线通信系统为被试品,开展了防护组件加固验证试验,防护组件残余电流控制在10 A水平以下,被试系统功能和性能指标正常,验证了防护组件设计的有效性。
高空电磁脉冲 无线通信系统 防护组件 脉冲注入试验 脉冲辐照试验 high altitude electromagnetic pulse wireless communication system protector module pulsed injection test pulsed radiation test 
强激光与粒子束
2021, 33(9): 093005
作者单位
摘要
石家庄铁道大学 信息科学与技术学院,石家庄 050043
高空核爆电磁脉冲晚期效应(E3)会引起地磁场剧烈变化并形成地面感应电场。感应电场等效为激励源与地面长距离导体和大地构成回路,产生地磁感应电流 (GIC)。GIC可引起牵引供电系统中变压器直流偏磁,从而严重威胁牵引供电系统的安全运行。本文基于平面波理论、分层大地电导率模型并结合牵引供电系统的电路模型,提出E3作用下的牵引供电系统GIC算法,并以带回流线的直接供电方式的铁路牵引供电系统为例,首次计算了系统GIC情况。结果表明,该供电方式下牵引供电系统中的GIC远大于系统中变压器等设备的耐受值,为进一步研究E3作用下牵引供电系统效应及我国铁路设备选型、灾害防治等提供支撑。
高空核爆电磁脉冲 地磁感应电流 分层大地电导率模型 牵引供电系统 high-altitude electromagnetic pulse geomagnetic induced current layered earth conductivity model traction power supply system 
强激光与粒子束
2021, 33(9): 093001
吴刚 1乐波 2杨雨枫 3王海洋 1[ ... ]陈伟 1,3
作者单位
摘要
1 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室(西北核技术研究院), 西安 710024
2 盲信号处理国家重点实验室, 成都 610041
3 湘潭大学 材料科学与工程学院, 湖南 湘潭 411105
为评估高空核电磁脉冲(HEMP)对某型短波接收天线系统的威胁,对包含浪涌保护器在内的天线前端设备进行HEMP传导注入试验。采用纳秒级快前沿方波源和双指数波电流源,分别测试不同浪涌保护措施的快脉冲响应。结果表明,主要由于天线末端的气体放电管在高过压比下很快动作(1 ns量级)、信号浪涌保护器内瞬态电压抑制器(TVS)限幅、信号传输设备内放大器饱和限幅等多重作用,注入幅度约3.5 kV的快前沿方波、电流峰值1.8 kA的双指数波(20/500 ns)脉冲都能及时泄放,只在传输设备输出端产生一个幅度饱和(<3 V)、持续μs量级的干扰信号。对这一类低工作电压天线系统,利用基于市售浪涌保护器的多重防雷措施能够同时实现对核电磁脉冲传导环境的防护。
高空核电磁脉冲 脉冲电流注入 短波天线 浪涌保护器 气体放电管 瞬态电压抑制器 high-altitude electromagnetic pulse pulsed current injection shortwave antenna surge protection device gas discharge tube transient voltage suppressor 
强激光与粒子束
2019, 31(9): 093205
作者单位
摘要
西安交通大学 电气工程学院, 西安 710049
针对瞬态电磁场辐照多导体电缆问题,首先介绍了一种用于计算架空及埋地线缆瞬态响应的高效时域宏模型。该模型基于传输线理论,利用广义特征线法和SPICE求解器中集成的模拟行为建模库,在时域内实现建模过程中涉及的频率相关参数和卷积计算。该方法适用性广泛,可同时用于架空及埋地线缆的场线耦合建模仿真;与现有时域有限差分法相比,不需要对时间和空间进行离散,以及对频率相关参数进行矢量匹配或数值逆傅里叶变换,因此可简化建模步骤,提高建模及仿真计算的效率;该宏模型计算效率不受线缆长度限制,适用于研究多导体长距离线缆。其次,在时域和频域分别研究了高空电磁脉冲(HEMP)的环境及特点。最后,利用算例验证了所提宏模型计算架空及埋地线缆响应的有效性,并利用该方法分别研究了架空地线对三相输电线路瞬态响应的影响以及埋地电力电缆金属护套在端接线性及非线性保护器件时对HEMP的瞬态响应。结果表明,宏模型法可在时域内高效地计算入射场耦合架空输电线及埋地电力电缆的瞬态响应,特别是对于带有非线性器件的长多导体线缆。
时域宏模型 模拟行为建模 架空及埋地线缆 高空电磁脉冲 瞬态响应 time-domain macromodel analog behavioral modeling overhead and buried lines high altitude electromagnetic pulse transient responses 
强激光与粒子束
2019, 31(7): 070003
作者单位
摘要
西安交通大学 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 瞬态电磁环境与应用国家级国际联合研究中心, 西安 710049
随着国家关键基础设施建设规模和信息化水平的提升,其在高空电磁脉冲、有意电磁干扰和地磁暴等强电磁环境下的电磁安全逐渐受到了国内外的关注。强电磁环境属于小概率、高风险事件,其影响机理和评估方法与雷电、系统内过电压等常规电磁事件有较大不同,采用期望风险指标的常规可靠性分析方法难以有效评估管理强电磁环境相关风险。从电磁恢复力视角出发,提出了关键基础设施电磁安全的三棱锥模型,并重点以电网为例,探讨关键基础设施电磁恢复力的内涵和外延,并对开展电磁恢复力研究提出建议。
关键基础设施 高空电磁脉冲 有意电磁干扰 地磁暴 电磁恢复力 电磁安全 critical infrastructure high-altitude electromagnetic pulse intentional electromagnetic interference geomagnetic disturbances electromagnetic resilience electromagnetic security 
强激光与粒子束
2019, 31(7): 070001

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