外加强电磁场诱发电路板放电模型的研究

发布时间：2020-06-19 21:02

【摘要】：高精度、高集成度电路板中布线密集,强弱信号交织,在外界强电磁场干扰下容易诱发气体放电现象。前人对于气体放电现象进行了大量的研究,总结了气体放电的主要机理和规律,然而现在一些设备经常安装在较为复杂的电磁干扰环境中,其放电参数发生变化,使之不同于一般的气体放电问题,因此需要更加深入、系统的分析外界干扰气体放电问题。本文主要针对于外加强场对于电路板气体放电模型影响问题,从理论分析、建模仿真、实验验证等方面详细分析了其参数特性,进而总结一定的规律。首先,对气体放电各阶段进行理论分析,推导了空间场的表达式及描述各参数的意义,探究外加脉冲强场对放电参数的影响,为脉冲干扰的预判断提供参考。脉冲的外加干扰使模型气体间隙中产生种子电子是致使气体放电的根本原因,结合气体放电基本原理,推导了气体放电参数公式。其次,在上述理论的基础上,建立气体放电的基本仿真模型,得到的仿真结果与理论分析、测试结果趋于一致,证明建模和仿真的有效性。进而在此模型基础上建立外加强场对于气体放电的干扰模型,讨论不同脉冲在不同气压下对气体放电参数的影响。针对于现实生活中复杂电磁环境,分别研究静电脉冲、超宽带脉冲和高空核电磁脉冲对于气体放电参数的具体影响。最后,设计搭建实验系统,提取电路板均匀场模型,在电波暗室环境下进行模拟实验,研究静电脉冲干扰对于气体放电参数的具体影响,对于不同气压下静电脉冲的影响分别进行实验,检测统计并进行数据分析,获得不同气压环境下,静电脉冲强场干扰对于气体放电的参数特征波形,为后续的研究提供参考。实验结果表明,外加场的干扰降低了气体放电的击穿阈值,不同气压下由于静电脉冲的干扰,其击穿阈值平均下降600V,放电电压脉冲幅值平均降低2.8V。对于流柱放电阶段,仿真表明干扰脉冲场的上升沿和周期对放电参数的影响很大,其中超宽带脉冲和高空核电磁脉冲对比中最为明显,电子崩发展持续时间和流柱发展持续时间相差2倍之多,干扰脉冲的整体能量越集中,放电模型形成流柱的时间越短;相反,其能量越分散则放电模型形成流柱的时间越长。依此为以后外加场干扰气体放电的研究提供了重要参考。另外分析了实验数据的趋势走向以及实验环境与使用器材的不确定度,验证了仿真数据趋势的正确性。
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN41

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