[发明专利]一种雷电回击磁场模拟方法

说明书

技术领域

本发明提供了一种雷电回击磁场模拟方法，可应用于雷电回击磁场、高空核爆磁场等波形特征为双指数函数的磁场环境模拟器的研制。

背景技术

伴随着信息技术的飞速发展，各种电子设备的电磁敏感性越来越高，由地闪回击产生的雷电电磁脉冲作为一种典型的危害源对电磁敏感产品造成的危害呈逐年增加的趋势。为鉴定并提高电子电气设备的电磁防护能力，迫切需要对相关的电磁敏感产品进行雷电电磁环境下的安全性测试。但是，由于雷电发生具有很强的随机性、局域性和破坏性，利用自然的雷电电磁脉冲场对敏感电子设备进行辐射敏感度试验的可行性很差。为提供敏感电子设备试验所需的雷电电磁环境，必须按照一定的原则研制相应的电磁环境模拟装置。但现有的标准(如IEC62305-1)仅给出了试验目的用的雷击电流参数及其模拟方法，或者是采用直接放电的方式来鉴定系统和设备的雷电防护能力(如GJB3567-99)，而对于空间雷电电磁脉冲场的技术特征还没有明确的标准，相应雷电电磁环境的模拟方法也未涉及。

20世纪60年代以来，世界各国建造了许多脉冲磁场模拟器，其典型组成是用一个对称性恒流脉冲源对线圈放电，在环中激励一个瞬态磁场。这类模拟器造价昂贵、功能单一，大多是用于对核电磁脉冲场的模拟，不能实现对不同距离处雷电回击磁场环境的模拟。

通过对雷电回击磁场的实际观测和理论计算证明，不论是在近场区还是在远场区，雷电回击磁场波形与雷电回击通道底部电流波形之间都具有一定的近似特性(即两者的主要特征都是双指数波形)，这就为不同距离处雷电回击磁场的模拟提供了一个便捷途径。因为目前实验室内的雷击浪涌模拟技术已经较为成熟，通过将雷击浪涌模拟技术和天线发射技术相结合，即可实现不同距离处雷电回击磁场的模拟。此处，根据雷电回击磁场与回击通道底部电流波形近似的结论，给出了不同距离处雷电回击磁场的模拟方法，为相应雷电回击磁场模拟器的研制提供依据。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供不同距离处雷电回击磁场的模拟方法，为相应雷电回击磁场模拟器的研制提供技术支撑。

为解决上述技术问题，本发明以雷电回击磁场波形与回击通道底部电流波形之间的近似特性为基础，利用输出波形可调的雷击浪涌模拟装置与场形成装置实现不同距离处雷电回击磁场的模拟，具体方法为：

1)基于该方法的雷电回击磁场模拟装置由输出波形可调的雷击浪涌发生器和螺线管线圈构成，采用向螺线管内注入浪涌电流的方法实现雷电回击磁场的模拟。其中，雷击浪涌发生器的输出波形参数可以通过改变其内部电容的组合方式来调节，目的是给螺线管线圈提供不同的激励信号；螺线管线圈由细铜丝绕制，充当发射天线以形成脉冲磁场。

2)所绕制螺线管线圈的技术参数需满足的要求是：其中，D为线圈直径，N为线圈的匝数，h_c为线圈长度，ρ是铜线的电阻率，r_d为铜线的半径，μ₀为真空中的磁导率，α、β为激励信号用双指数函数表示时用以确定电流下降、上升时间以及最大电流陡度的时间常数。

3)不同距离处的雷电回击磁场环境的模拟通过调整浪涌发生器的输出强度和线圈参数来实现。即：所要加到线圈两端的电压波形的上升、下降时间常数直接取为待模拟磁场波形的上升、下降时间常数；所要加到线圈两端的电压幅值U由待模拟磁场的强度H根据U＝HR/n近似计算得出。其中，R＝2DNρ/r_d²表示线圈的等效电阻，n表示单位螺线管长度上的线圈匝数。

本发明的优点是：

1)该雷电回击磁场模拟方法仅用一套雷击浪涌发生器与螺线管线圈的组合即可实现不同场区雷电回击磁场环境的模拟，大大降低了磁场模拟装置的总体建设成本。

2)基于该模拟方法的雷电回击磁场模拟装置可实现输出波形为双指数函数的脉冲磁场环境的模拟，输出波形的参数特征可以通过调整浪涌发生器的输出波形参数和线圈参数来实现，大大扩展了磁场模拟装置的适用范围。

附图说明

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

图1是雷电回击磁场模拟方法的实现框图。

图2是螺线管线圈的等效电路图。

具体实施方式

图1是雷电回击磁场模拟方法的实现框图：其中，雷击浪涌发生器的输出波形参数可以通过改变其内部电容的组合方式来进行调整，则模拟装置的输出磁场波形也会相应改变；磁场形成装置则由螺线管线圈来承担，线圈的特性参数和待模拟磁场的强度将共同决定所需的浪涌电压强度。