[发明专利]一种雷电回击通道底部电流的脉冲函数表示方法

说明书

技术领域

本发明适用于雷电回击通道底部电流的建模，使用一个脉冲函数来描述雷电通道底部电流波形，可广泛应用于雷电回击电磁场的理论计算中。 

背景技术

随着微电子技术和信息技术的快速发展，电子信息产品的集成度越来越高，其电磁敏感性也越来越高，很弱的电磁场就可能会造成危害。20世纪后期，由雷电回击产生的雷电电磁脉冲(LEMP)对含有灵敏微电子器件的电子信息设备和系统造成的危害越来越严重，造成的损失也在逐年增加。 

由于雷电发生的偶然性很强，很难实际测量得到建筑物内或者是回击通道周围的雷电电磁场分布情况。为了掌握雷电回击电磁场的时空分布规律，需要对雷电回击过程进行建模，而雷电回击通道底部电流作为雷电回击电磁场产生的源头，是雷电回击电磁场计算的基础和前提。为简化计算，雷电回击过程可以由简单的天线模型来模拟，由这一模型得到的雷电回击电磁场表达式中的静电场项与回击电流的时间积分有关，感应场项与回击电流有关，辐射场项则与回击电流的导数有关。这就要求回击通道底部电流的解析表达式最好是可积函数，否则在数值计算时就要进行计算量非常巨大的二重积分。通常用来表示雷电回击通道底部电流的解析函数中，双指数函数的表达式为 

i(0，t)＝(I₀/ω)[exp(-αt)-exp(-βt)]                                (1) 

其中，I₀是电流的最大值，ω为峰值修正因子，α、β是确定电流下降、上升时间以及最大电流陡度的时间常数。这种模型基本能够反应实测底部电流的状况，而且易于微分和积分。但是这个函数在t＝0时其导数达到最大值，这对于回击击穿过程在物理上是解释不通的；其次，导数在t＝0时有不连续点，不便于雷电回击电磁场的计算。 

另一常见的Heidler函数的解析式为 

i0(t)=(I0/η)[Ksn/(1+Ksn)]exp(-t/τ2)---(2)]]>

其中，K_S＝t/τ₁，τ₁、τ₂分别是电流上升、衰减时间常数，n是电流陡度因子，η＝exp[-(τ₁/τ₂)(nτ₂/τ₁)^l/n]为电流最大值的修正因子。Heidler函数通过独立地调整I₀、τ₁、τ₂可以分别改变电流幅度、最大电流导数和电荷转移量，且很容易证明其一阶电流导数在t＝0时是连续的。但是Heidler函数的缺点是它是不可积函数，不便于直接用它来进行雷电回击电磁场的解析计算。为克服双指数函数和Heidler函数的缺点，提出了用脉冲函数来表示雷电通道底部电流的方法，并将它作为雷电回击通道底部电流的解析表达式。 

发明内容

本发明的目的是提供一种既能真实反映雷电电流的波形特征，又是可积函数的雷电回击通道底部电流解析表达式，重点解决现有雷电回击通道底部电流函数在t＝0处没有连续的一 阶导数或没有显式积分表达式等不便于进行雷电回击电磁场计算的问题。