强电磁脉冲辐照屏蔽舱结构电子系统的 效应仿真

Optoelectronics 光电子, 2019, 9(3), 141-151

Published Online September 2019 in Hans. http://www.hanspub.org/journal/oe https://doi.org/10.12677/oe.2019.93020

Simulation of the High Power Electromagnetic Pulse Radiation Effect on a Shielded Electronic System

Tao Ji1, Wenyu Li2*, Jianshu Luo2,3

12

Shanghai aircraft Design and Research Institute, Commercial Aircraft Corporation of China Ltd., Shanghai High Technology Institute, Hunan College of Traffic Engineering, Changsha Hunan 3

College of Science, National University of Defense Technology, Changsha Hunan

ththth

Received: Sep. 4, 2019; accepted: Sep. 19, 2019; published: Sep. 26, 2019

Abstract

Aiming at the electromagnetic threat to the electronic system caused by the complex electromag-netic environment formed by the high intensity radiation electromagnetic field and the electro-magnetic compatibility problem caused by the electromagnetic radiation source of the electronic system itself, using the theory and technology of electromagnetic topology, the inductive current and inductive voltage of the single-wire and coaxial cable terminals in the shielding cavity are calculated by simulation when the external radiation field is incident with different repetition frequency, incident direction and polarization direction. The results show that inducted current of electronic device set in the shielding cavity by incident plane wave electromagnetic pulses may cause the confusion and damage of the electronic device and terminal equipment.

Keywords

Electromagnetic Topology, Electronic System, Electromagnetic Effect Evaluation, Simulation

强电磁脉冲辐照屏蔽舱结构电子系统的 效应仿真

季 涛1，李文煜2*，罗建书2,3

12

中国商用飞机有限责任公司上海飞机设计研究院，上海 湖南交通工程学院高科技研究院，湖南 长沙 3

国防科技大学理学院，湖南 长沙

*

通讯作者。

文章引用: 季涛, 李文煜, 罗建书. 强电磁脉冲辐照屏蔽舱结构电子系统的效应仿真[J]. 光电子, 2019, 9(3): 141-151. DOI: 10.12677/oe.2019.93020

季涛 等

收稿日期：2019年9月4日；录用日期：2019年9月19日；发布日期：2019年9月26日

摘 要

本文针对高强度辐射电磁场所形成的复杂电磁环境对电子系统形成的电磁威胁以及电子系统本身的电磁辐射源引起的电磁兼容性问题，运用电磁拓扑的理论与技术，仿真计算在外加辐射场以不同的重复频率、脉宽、入射方向和极化方向入射时，屏蔽腔体内部单线和同轴线缆终端的感应电流和感应电压。仿真计算结果表明，以脉冲平面波入射的强电磁脉冲在系统内产生的感应电流可能对屏蔽舱的电子设备造成干扰和破坏。

关键词

电磁拓扑，电子系统，电磁效应评估，仿真

Copyright ? 2019 by author(s) and Hans Publishers Inc.

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Open Access 1. 引言

复杂系统的总体结构复杂，通常由若干分系统(或子系统)组成。按基本功能划分，分系统可分为有效载荷和保障系统两大类。按各自功能不同，保障系统主要有结构与机构、热控制、电源、测控、数据管理等分系统。复杂系统在轨道运行时处于真空环境，其热环境十分恶劣，同时还受到各种空间辐照(电子、质子、紫外、宇宙射线等)和微流星以及空间碎片的威胁[1]，所处电磁环境恶劣。为了保证复杂系统在空间运行的可靠性，需保证其在恶劣的电磁环境下，电子系统能够正常工作。因此需要在地面附近进行环境试验，通过环境模拟试验，发现隐患，改进设计，避免早期失效，以确保其在工作寿命内的可靠性。数值仿真模拟作为一种有效的模拟验证方式，对复杂系统进行数值仿真模拟同样有效，广泛地应用于复杂系统的电磁环境模拟。

研究电磁耦合和无限传导表面的孔缝渗透问题，比较成熟的方法有基于电磁拓扑(EMT)理论的EMT仿真算法[2]，应用传输线矩阵计算孔缝耦合的参数[3]，应用快速多层多极子算法模拟孔缝矩形腔体的孔缝耦合[4]，利用转移函数将孔缝内传输线看作是辐射天线并应用多导体传输线处理孔缝处的交互作用[5]。对复杂外壳上的孔缝研究，相比时域有限差分法和快速多层多极子算法等传统的计算严格却实现缓慢方法MoM-GF法是一种既快速又精确的方法，文献[6]通过实验仿真验证了矩量格林函数法(MoM-GF)对外电磁场通过孔缝对腔体内线缆耦合的精确度，在此基础上提出的基于MoM-GF法和BLT方程的混合方法，是一种半解析半数值的方法[7]。近年来亦有不少文献研究双层屏蔽腔孔缝耦合的问题[8] [9]。文献[10]利用电磁拓扑方法和矩方法，分析和计算了具有多孔腔体中的双导线的电磁耦合效应。张旭峰等利用迭代算法计算了埋于地下的导体对电磁场的耦合效应[11]。文献[12]介绍了线缆束电磁耦合计算的电磁拓扑方法。K. Diomonde 等在文献[13]中介绍了用于多导体传输线网络电磁耦合计算的CRIPTE和用于设备输入阻抗建模的IMEA两个软件，并给出了这两个软件用于分析10 kHz~400 MHz频率范围内的大电流注入试验的结果。左超等研究了多组卫星天线同频干扰的仿真建模方法[14]。

DOI: 10.12677/oe.2019.93020

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光电子

季涛 等

本文则是针对具有屏蔽舱的复杂电子系统的实际需求，应用PAM-CEM软件进行仿真计算。主要仿真计算在外加辐射场以不同的重复频率、脉宽、入射方向和极化方向入射时，屏蔽腔体内部单线和同轴线缆终端的感应电流和感应电压。

2. 仿真计算

对具有屏蔽舱的复杂电子系统的仿真计算主要基于PAM-CEM软件进行。具体由三个步骤组成：第一步是建立该电子系统的几何模型和设备模型；第二步是参数设置，包括网格剖分、线缆电参数、耦合参数等；第三步是计算求解，并分析仿真结果。

2.1. 仿真计算模型

屏蔽舱是由六面铝合金板材构建的矩形箱体，其内部设备与外壳孔缝设计如图1所示。

Figure 1. Setup of the simulated electronic system in the shielding cavity 图1. 屏蔽舱内部设备与外壳孔缝设计示意图

依据如下所述的屏蔽舱内部设备与外壳孔缝几何尺寸和空间位置，建立该电子系统的几何模型和设备模型。

(1) 通风孔缝一位于左侧面，其尺寸为2 × 80 mm2，与舱体侧边平行，距离舱体正面120 mm，距离舱体底面100 mm；通风孔缝二位于右侧面，其尺寸为2 × 100 mm2，与舱体侧边平行，距离舱体正面500 mm，距离舱体底面400 mm；

(2) 天线孔一位于舱体顶面，六边形开孔，直径10 mm，距离舱体前面300 mm，距离舱体右侧面250 mm；天线孔二位于舱体左侧 …… 此处隐藏：4312字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……