HEMP环境下车辆电磁屏蔽技术的防护效能研究

发布时间：2020-07-10 05:49

【摘要】：HEMP（高空核爆电磁脉冲）具有超强的电磁能量，能够干扰甚至毁坏覆盖范围内的电子系统。随着车辆电子信息化程度的不断提高，车辆内部集成的电子系统越来越多，极易受到HEMP的干扰，影响车辆的机动性与安全性。车窗、设备孔缝和线缆是车辆电子设备引入外部电磁干扰的主要途径，也是电磁脉冲防护设计需要考虑的主要环节。研究HEMP环境下车窗、设备孔缝和线缆的屏蔽技术及其防护效能，是进行车辆HEMP防护设计与工程实施的前提和基础，具有重要的理论与应用价值。 针对车窗屏蔽主要研究金属网屏蔽技术，利用传输线法计算单孔和均匀孔阵金属腔体的屏蔽效能，确定网孔形状以及丝径、网孔尺寸对屏蔽效能的影响；利用非均匀金属网代替均匀金属网，使车窗屏蔽做到既不影响驾驶员视线又具有较好的屏蔽效能，并通过试验与CST仿真验证非均匀金属网的有效性；建立两种金属网屏蔽某型车车窗的CST模型，由于本文研究的金属网屏蔽技术主要应用于车窗屏蔽，主要用于抑制驾驶舱内部的电磁干扰，因此简化整车仿真模型，只取驾驶舱为建模对象，仿真分析在HEMP环境下，某型车驾驶室内部的仪表盘、收音机、车内中心、驾驶员位置处的电场强度及屏蔽效能，验证了非均匀金属网的屏蔽效果。 针对电子设备屏蔽主要研究设备壳体散热孔屏蔽问题，采用外加金属腔和金属波导两种方式，理论计算外加腔体长度以及波导厚度、尺寸、长度对屏蔽效能的影响；建立电子设备外加金属腔以及外加波导的CST仿真模型，对比分析它们的屏蔽效能，确定波导具有较好的屏蔽效能；设计波导结构，建立金属波导屏蔽车壳前方散热孔的仿真模型，由于本文将波导屏蔽技术应用于车壳前方的散热孔，主要用于抑制发动机舱内部的电磁干扰，因此简化整车仿真模型，只取发动机舱为CST建模对象，分析发动机舱内部的发动机、ECU、散热器位置处的屏蔽效能。 针对线缆屏蔽主要研究部分裸露屏蔽线问题，通过试验与CST仿真方法研究HEMP环境下裸露长度对屏蔽线电磁干扰的影响，在CST仿真建模方面，将理论计算的屏蔽层转移阻抗导入到仿真模型中，得到屏蔽层特性；仿真分析HEMP环境下裸露端屏蔽层接地、屏蔽线总长度、芯线半径对裸露端干扰电压的影响；建立某型车发动机舱仿真模型，并分析车上节气门传感器线缆防护前后的干扰电压；计算屏蔽线的特性阻抗，分析不同负载阻抗（包括特性阻抗）时线缆末端的干扰电压与屏蔽效能。 论文主要贡献包括： （1）利用非均匀金属网代替均匀金属网屏蔽车窗，在驾驶员正前方、倒车镜附近等影响驾驶员视线的位置安装较大网孔金属网，其它不影响驾驶员视线的车窗位置安装较小网孔金属网；简化某型车壳体结构并建立仿真分析模型，仿真数据表明非均匀金属网在兼顾了对驾驶员视线影响的同时又具有较好的屏蔽效能。 （2）设计了某型车壳体前方散热孔的屏蔽波导结构，简化某型车壳体结构并建立发动机舱仿真分析模型，仿真分析HEMP环境下发动机舱内部的发动机、ECU、散热器位置处的屏蔽效能。 （3）分析屏蔽层裸露长度、屏蔽层裸露端接地等因素对干扰电压的影响；以实际尺寸的节气门位置传感器线缆为研究对象，结合某型车实际结构，仿真分析不同负载阻抗下线缆引入的干扰电压与屏蔽效能。结论表明为提高线缆的防护能力，要尽量避免屏蔽线的裸露，若无法避免也要尽量做到屏蔽层两端接地；在保证全屏蔽的要求下，可以通过设计屏蔽层参数，进一步降低电磁干扰。 上述工作对车辆电磁屏蔽技术的防护效能进行了研究，为屏蔽技术的选择、设计与实施提供了参考方案，具有很好的实用价值。
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U463.6;TN03
【图文】：

地尺寸为240cm 120cm，光纤测试系统中包括用于监测电场值的场强仪径为6cm，高为2.6cm ，该测试系统符合GB/T 17626.4要求，其有效性5]。在有界波模拟器的工作区间内产生的 HEMP 环境近似为平面波，可以面波辐照下被测设备的电磁效应。这个系统在后面章节中主要用于测试金的屏蔽效能及电磁干扰。

图 3.1 电磁波辐射单孔矩形金属腔体模型5 4(1 ln )4et ww wt ……………………当 / 2ew b时，1242os241 1 ( / )120 ln 21 1 ( / )eew bZw b ……………对于孔缝等效阻抗apZ 的计算，由孔缝末端向其中心处作等效，并考体间的耦合因素（ l /a ），然后确定孔缝的等效阻抗为0ostan2 2apj lk lZ Za ……………………其中0k 2 / ， 为自由空间电磁波的波长。利用戴维南等效定理，电压源1U 和阻抗1Z 由平面波电磁脉冲等效电

'c cU U……………………时，C 点前后的等效负载均为0Z ，则 C 点处的电压0 0/ 2cU U…………………矩形腔体屏蔽效能为0 020 lg / 20 lg 2 /c c cSE U U U U……的矩形腔体屏蔽效能形金属腔体中有多种传播模式mnTE ，但由于矩形金腔体内部激发模式中，10TE 模占绝大部分，因此在计体的尺寸为 a b d 300mm 120mm 300mm，壁m 10mm，平面波于孔正前方垂直极化照射，计算真模型，该模型参照图 3.1（a）建立，计算腔体中心

【参考文献】

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本文编号：2748532