CN102636702A - 椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器，包括依次相连的前过渡段引申段、前过渡段、绝缘支撑柱、平行板段、绝缘支撑柱、后过渡段、后过渡段引申段，所说的前过渡段和后过渡段为椭圆弧型结构，所说的模拟器各截面宽高比相等。本发明具有如下技效果：1、前过渡段与平行板段过渡更加平缓、自然，连接处传播方向分量很小，对工作区域场波形质量影响很小。2、平行板段与后过渡段过渡平缓、自然，电磁波在连接处反射较小，减小了对工作区域场波形质量的影响。3、可用于上升时间≤2ns的电磁脉冲场波形环境测量。4、提高了工作区域场波形的均匀性。

Description

椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器

技术领域

本发明涉及模拟产生高空核电磁脉冲地面环境的椭圆弧过渡段结构的有界波电磁脉冲模拟器，属于电磁脉冲技术领域。

背景技术

电磁脉冲是一种瞬变电磁现象。核爆炸产生的电磁脉冲前沿陡峭，频带较宽，对各种军用和民用电子、电气设备与系统具有较大的威胁。随着核技术和电磁脉冲武器的发展，核电磁脉冲及其工程防护技术受到世界各国的普遍关注。为了研究核电磁脉冲对电子系统的干扰、破坏机理及有效防护方法，各种电磁脉冲模拟技术得到极大发展。

有界波电磁脉冲模拟器是产生电磁脉冲的模拟装置，能够产生高空核电磁脉冲地面环境，广泛应用于辐射敏感度研究、屏蔽效能研究、电缆耦合效应研究和生物效能研究等方面。从近年来颁布的HEMP标准波形看，电磁脉冲波形上升时间越来越快，高频分量所占的份额越来越多。国际电工委员IEC61000-2-9标准和美国军用标准MIL-STD-461E中规定的核电磁脉冲波形，脉冲前沿t_r（10%~90%）为1.8ns~2.8ns，半峰宽为23±5ns，峰值电场强度为50kV/m。现有的锥形平板过段有界波模拟器对电磁脉冲高频分量的响应较差。这是由于前后过渡段与平行板段连接处存在明显的不连续性，产生了波在传播方向的分量，导致工作区域场波形质量下降，因此，锥形平板过渡段模拟器不利于快速上升前沿脉冲场环境测试。

发明内容

本发明的目的是克服现有技术的不足之处，提供一种椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器。

本发明的椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器，包括依次相连的前过渡段引申段、前过渡段、绝缘支撑柱、平行板段、绝缘支撑柱、后过渡段、后过渡段引申段，所说的前过渡段和后过渡段为椭圆弧型结构，所说的模拟器各截面宽高比相等，

    所说的模拟器主视截面中，椭圆弧满足方程式（1）：

                （1）

式（1）中，

、分别为椭圆长半径和短半径，为模拟器始端和终端高度，

和

是以前过渡段始端中心点为原点的直角坐标系中长半径方向和短半径方向变量；

所说的模拟器俯视截面中，椭圆弧满足方程式（2）

           （2）

式（2）中，

为平行板段宽度，

为平行板段高度，

、

分别为椭圆长半径和短半径，

为模拟器始端和终端高度，

和

是以前过渡段始端中心点为原点的直角坐标系中长半径方向和短半径方向变量

    所述的椭圆弧形前过渡段长1米，始端宽0.22米，高0.13米，终端宽1米，高0.6米。

    所述的椭圆弧形后过渡段长1米，始端宽1米，高0.6米，终端宽0.22米，高0.13米。

    所述的平行板段长1米，宽1米，高0.6米。

本发明考虑到模拟器场波形上升时间、场地限制以及成本等因素，为了在不增加过渡段水平长度的基础上减小高频分量衰减，使得过渡段与平行板段的过渡效果更好，必须改善过渡段与平行板段的连接结构，采用弧形过渡结构比较可取。而对比各种弧形结构发现，椭圆弧结构越接近平行板段过渡效果越好。

本发明的有界波电磁脉冲模拟器前后过渡段采用椭圆弧形结构。当波在椭圆弧过渡段向平行板段传播过程中，传播方向分量减小最快，到达前过渡段与平行板段连接处已趋近于0，因此，从激励端传播到此的球面波也更接近于平面波。

本发明具有如下技效果：

1、前过渡段与平行板段过渡段更加平缓、自然，连接处传播方向分量很小，对工作区域场波形质量影响很小。

2、平行板段与后过渡段过渡平缓、自然，电磁波在连接处反射较小，减小了对工作区域场波形质量的影响。

3、可用于上升时间≤2ns的电磁脉冲场波形环境测量。

4、提高了工作区域场波形的均匀性。

附图说明

图1为现有技术的锥形平板过渡段有界波电磁脉冲模拟器主视图。

图2为本发明的椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器的主视图。

图3为本发明的椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器的俯视图。

图4为本发明试验测得电场波形图，每格50ns。

图5为本发明试验测得电场波形图，每格2ns。

其中，1为前过渡段引申段，2-1为锥形平板型前过渡段、2-2为椭圆弧型前过渡段，3、5为绝缘支撑柱，4为平行板段，6-1为锥形平板型后过渡段，6-2为椭圆弧型后过渡段，7为后过渡段引申段，8为M6螺孔，9为M6螺孔，10为绝缘支撑柱，11为绝缘支撑柱，12为M6螺孔。

具体实施方式

现结合具体实施方式和说明书附图对本发明作进一步描述。

如图1所示，现有技术的锥形平板过渡段有界波电磁脉冲模拟器，包括前过渡段引申段1、锥形平板型前过渡段2-1、绝缘支撑柱3、平行板段4、绝缘支撑柱5、锥形平板型后过渡段6-1和后过渡段引申段7组成。

    如图2、3所示，本发明的椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器，包括依次相连的前过渡段引申段1、椭圆弧型前过渡段2-2、绝缘支撑柱3、平行板段4、绝缘支撑柱5、椭圆弧型后过渡段6-2、后过渡段引申段7。本发明的椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器，采用铝质材料，厚度为0.002m。    

    主视截面中，椭圆弧满足方程式（1）：

                （1）

式（1）中，

、

分别为椭圆长半径和短半径，

为模拟器始端和终端高度，

和

是以前过渡段始端中心点为原点的直角坐标系中长半径方向和短半径方向变量；

俯视截面中，椭圆弧满足方程式（2）

           （2）

式（2）中，

为平行板段宽度，为平行板段高度，

、

分别为椭圆长半径和短半径，

为模拟器始端和终端高度，

和是以前过渡段始端中心点为原点的直角坐标系中长半径方向和短半径方向变量。

本发明各部分的尺寸如下：前过渡段引申段1长0.04m，宽0.22m，高0.13m；椭圆弧形前过渡段2-2长1米，始端宽0.22米，高0.13米，终端宽1米，高0.6米；平行板段4长1米，宽1米，高0.6米；椭圆弧形后过渡段6-2长1米，始端宽1米，高0.6米，终端宽0.22米，高0.13米；后过渡段引申段7长0.06m，宽0.22m，高0.13m。

为保持模拟器特性阻抗的一致，模拟器各截面宽高比相等。 

考虑到平行板的边缘效应，采用的阻抗公式为式（3）：

                  （3）

式（3）中，

为平行板传输线的特性阻抗，

为真空中的波阻抗，

为平行板段宽度，

为平行板段高度。 

    根据传输线特性阻抗公式，本发明的特性阻抗为

，负载终端采用两个

的无感电阻并联，这两个电阻以并联的形式连接在后过渡段引申段的末端，如图3中孔8和9的位置。

本发明的输出波形与锥形平板过渡段波形对比如图4和图5所示，图4中横坐标每格50ns，图5中横坐标每格2ns，图中simultor1为椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器，simultor2为锥形平板过渡段有界波电磁脉冲模拟器。通过试验对比，当脉冲前沿≤2ns时，椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器前后过渡段与平行板段连接处的反射明显小于锥形平板过渡段模拟器的反射，说明本发明有效克服了结构的不连续性对场波形的影响。

Claims (4)

1.椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器，其特征在于，包括依次相连的前过渡段引申段、前过渡段、绝缘支撑柱、平行板段、绝缘支撑柱、后过渡段、后过渡段引申段，所说的前过渡段和后过渡段为椭圆弧型结构，所说的模拟器各截面宽高比相等，

    所说的模拟器主视截面中，椭圆弧满足方程式（1）：

                （1）

式（1）中，

、

分别为椭圆长半径和短半径，

为模拟器始端和终端高度，

和

是以前过渡段始端中心点为原点的直角坐标系中长半径方向和短半径方向变量；

所说的模拟器俯视截面中，椭圆弧满足方程式（2）

           （2）

式（2）中，

为平行板段宽度，

为平行板段高度，

、

分别为椭圆长半径和短半径，

为模拟器始端和终端高度，

和

是以前过渡段始端中心点为原点的直角坐标系中长半径方向和短半径方向变量。

2.根据权利要求1所述的椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器，其特征在于，所述的椭圆弧型前过渡段长1米，始端宽0.22米，高0.13米，终端宽1米，高0.6米。

3.根据权利要求1所述的椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器，其特征在于，所述的椭圆弧型后过渡段长1米，始端宽1米，高0.6米，终端宽0.22米，高0.13米。

4.根据权利要求1所述的椭圆弧型过渡段有界波电磁脉冲模拟器，其特征在于，所述的平行板段长1米，宽1米，高0.6米。

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