雷电电磁脉冲场对互联线缆耦合规律及响应测试

Lightning, which frequently occurs in nature, is a large-scale atmospheric discharge phenomenon. There is strong electromagnetic radiation emitted by lightning flashes around the lightning channel. With the rapid development of the information technology, more and more information-based devices with a high degree of electronic integration are applied in our troops. These electronic devices, employed for different operational units, are interconnected by various line/cable networks, such as communication network, command network, gunnery network, detection network, power cord, control-signal line and speech-signal line. Due to that the military operations or training are usually done in the field, while a lightning occurs, these interconnected line/cable networks could easily become the coupling channel of lightning electromagnetic radiation, which may result in serious hazards or immeasurable loss to the electronic equipment. Aiming at the above issues, a novel lightning electromagnetic radiation model will be proposed in this program, by taking into account the actual variable of the lightning return stroke channel, to overcome the shortcomings of the existing lightning electromagnetic radiation models. The propagation law of lightning electromagnetic field in typical areas (e.g. coastal areas) and its coupling law on typical line/cable networks will then be studied. Moreover, the test method and test device for the response of typical line/cable networks to lightning electromagnetic field will also be researched, and the test results will be utilized to verify the validity of the proposed coupling model.

雷电是一种发生频率很高的规模宏大的自然放电现象。在闪电通道周围空间会产生强烈的雷电电磁辐射。随着信息技术的快速发展，装备电子化程度越来越高，信息化装备不断配备部队。装备按照作战单元进行配置，装备之间存在各种互联线缆网络，比如：通讯网络、指挥网络、射击网络、侦察网络、电源线、控制信号线等。沿海区域，是国家安全防御的主要方向，雷电发生频繁。我军作战训练基本在野外进行，发生闪电时，这些互联线缆网络容易成为雷电电磁辐射耦合通道，对装备造成危害，造成无法估量的损失。针对上述问题，本课题研究雷电电磁辐射场在沿海区域的传播规律和对典型线缆网络的耦合规律，研究典型线缆网络对雷电电磁辐射的响应测试方法和测试装置，利用实验测试结果验证电磁耦合模型，为电子信息装备雷电电磁辐射防护提供支撑。

雷电放电会在其放电通道周围产生强烈的电磁辐射，极易在互联线缆上形成电磁耦合，进而对与其连接的电子设备形成干扰甚至损伤。为此，项目针对雷电回击电磁场对互联线缆的辐射耦合问题，系统研究了弯曲通道雷电回击电磁场的建模计算方法、传播分布特性及其对互联线缆和线缆网络的辐照耦合规律，取得的主要研究成果包括：（1）针对实际雷电放电通道中的弯曲、分支等现象，分别在理想和非理想大地条件下，建立了弯曲或倾斜通道雷电回击电磁场的三维计算模型，使雷电回击电磁场的建模计算更接近物理实际；（2）从理论上证明了空间雷电回击电磁场与通道底部回击电流波形之间的近似关系，并揭示了回击速度对两者之间近似性的影响规律，为后续辐照实验中辐射源波形的选择提供了理论依据；（3）基于建立的雷电回击电磁场计算模型，研究揭示了典型弯曲通道结构下通道参数、地质分层、沿海地貌等因素对雷电电磁场的影响规律，为后续线缆雷电电磁场辐照环境的搭建提供了理论依据；（4）建立了雷电电磁场对架空线、双绞线的理论耦合模型，以及对双绞线、同轴线、非屏蔽多芯线、屏蔽多芯线的CST仿真耦合模型，搭建了雷电电磁场对线缆的辐照耦合实验平台，将理论计算和辐照实验相结合，验证了所建耦合模型的有效性，并揭示了不同辐照条件下雷电电磁场对典型线缆的辐照耦合响应特性及规律；（5）搭建了雷电电磁场对线缆网络的辐照耦合实验平台，实验获得了树形和环形双绞线网络在不同雷电电磁场波形、线缆网络结构参数、终端负载等因素下雷电电磁场辐照耦合的响应特性及规律。上述研究成果为互联线缆及其连接电子设备的雷电电磁脉冲防护设计提供了依据和支撑，对提高互联线缆系统的雷电电磁辐射环境安全性具有重要的参考价值和借鉴意义。基于项目研究，发表论文23篇，被SCI收录4篇、EI收录9篇；授权国家发明专利1项、实用新型专利1项，受理国家发明专利1项；培养博士生1名、硕士生2名。