外施激励下多导体传输线EMI机理研究与应用

发布时间：2020-03-31 04:21

【摘要】：多导体传输线作为传播能量与信号的主要通道,广泛应用于电气、电子与信息工程等相关领域。然而,随着现代电气、电子设备的高度集成化以及系统对海量数据信号传输需求的增加,电缆线束越来越密集,导致有限的空间内电磁环境相对复杂。复杂的电磁环境作为激励源干扰传输线,会引起传输信号的衰减与延迟,破坏信号完整性,导致传输性能大大降低。特别在航空航天领域,严重时甚至会破坏某些精密的电子系统与设备,所以提升传输线抗干扰能力的重要性日益突出。针对上述问题,本文(1)分析了多导体传输线(MTLs)易受电磁干扰的原因,基于传输线微单元等效模型,给出传输线电磁参数的形式。提出了采用基于矩量法(MOM)的自适应交叉近似算法(ACA)提取均匀分布电磁参数矩阵,并对该算法的可行性与准确性进行验证。(2)基于多导体传输线理论,建立入射波激励平行多导体传输线的理论模型,分析外部入射时变电磁场的激励过程,根据麦克斯韦方程与模型边界条件,导出外施激励总场下传输线的终端电压方程。(3)导出平面波总场下的电场方程,利用FEKO软件建模,在模拟的平面波激励环境下,研究了不同线缆结构、线缆长度、距地高度与入射波极化角度下传输线的端口负载响应特性。导出负载上的感应电压与感应电流波形,将仿真结果进行分析,提出一种有效抑制平面波噪声干扰的线缆敷设方式。(4)利用CST软件分析高频电磁脉冲(雷电)作为激励源对传输线的响应情况,研究不同线缆类型、负载阻抗与激励源入射角度下传输线端口负载响应特性。分析仿真结果,通过合理选择线缆类型和调整组装电缆线的布局,减少雷电电磁脉冲的干扰,提高线缆传输性能。(5)分析了在雷电电磁脉冲(LEMP)辐照下某型无人机机体的电场分布、磁场分布与表面电流。建立内部自带简化线缆的机舱模型,将LEMP作为模拟激励源,求解机舱内线缆的感应电压与电流。根据仿真结果,在无人机雷电防护设计初期,通过合理改善线缆布线方式,减少雷电电磁环境下无人机内部线缆的间接效应,提高无人机运行的安全可靠性。
【图文】：

行其功能时所产生的多余的电磁干扰（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ邋ｉｎｔｅｒｆｅｒｅｎｃｅ，邋ＥＭＩ）噪声和电子系逡逑统或设备在工作时３、受其内部与周围电磁环境干扰的电磁抗干扰（Ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃ逡逑ｓｕｓｃｅｐｔｉｂｉｌｉｔｙ，邋ＥＭＳ）。如图１．１所ｔｔｃ，产生电磁能量的噪声干扰源、电磁能量的传输路逡逑径以及接收电磁能量的被千扰设备三者构成了产生ＥＭＩ噪声的三要素［６－７］。干扰源作逡逑为ＥＭＩ噪声发射器发出噪声，一般有自然干扰源与人为干扰源两种。传输路径作为逡逑ＥＭＩ噪声的传输媒介传递噪声，一般传输方式包括传导线缆、空间辐射等。通过传导逡逑线缆传输ＥＭＩ的方式称为传导千扰耦合，通过空间辐射传递ＥＭＩ的方式称为辐射干逡逑扰耦合。由于电磁频率存在差异，故低频和高频传输耦合的方式也有区别。用于接收逡逑噪声的被干扰设备一般采用易受ＥＭＩ噪声干扰出现异常情况的敏感性较高的电子系逡逑统或设备。逡逑ｔ逦ｙ逦ｔ邋逦逡逑图１．１邋ＥＭＩ三要素逡逑１逡逑

引起系统与设备的稳定性失衡，，当感应电流超过一定的阈值时甚至会严重损坏设备内逡逑部的元器件，造成重大的经济损失。逡逑一般航空飞行器机舱内部线缆分布情况如图１．２所示，即使航空器有严格的布线逡逑规范，但考虑到无人机机身尺寸、重量以及动力性能等相关问题，通常传输电能的电逡逑源线与传输信号的数据线缆不可避免地封装在同一装置内，不同类型的线缆纵横交逡逑错。有限长的线缆有发射与接收电磁能量的作用，临近的线缆导体之间相互耦合，产逡逑生线缆串扰现象，机舱内的其他高频电子设备亦作为激励源对ＭＴＬｓ产生辐射干扰。逡逑不同类型的ＭＴＬ，其接收与抵御电磁干扰的能力不同，而不同类型的激励源、时变逡逑电磁场干扰的入射方向、极化角度、频率以及线缆的结构、距地高度、匹配阻抗等因逡逑素的变化导致了传输线ＥＭＩ干扰机理十分复杂。逡逑２逡逑
【学位授予单位】：南京师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TM75

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本文编号：2608556