复杂多导体结构屏蔽电缆表面转移阻抗时域测量与建模技术

长电缆对电磁脉冲的耦合研究对于评估电力系统、通信系统、航天发射系统以及其他信息基础设施的电磁脉冲防护能力具有重要意义。针对长电缆电磁脉冲耦合分析与实验评估的需要，建立基于强脉冲注入的表面转移阻抗时域测量系统，研究适于多芯屏蔽电缆和多层屏蔽结构测试的时域测试方法和装置；研究转移阻抗时域建模方法、多芯屏蔽电缆中不同芯线对应的转移阻抗变化规律、强脉冲电流下的非线性效应及其建模方法；采用数字滤波器模型将表面转移阻抗与时域有限差分法结合，计算长屏蔽电缆的电磁脉冲耦合；通过电磁脉冲模拟器中的辐射耦合实验进一步验证上述方法的有效性。为解决复杂结构屏蔽电缆的电磁脉冲响应分析和屏蔽性能评估提供新的手段。

课题提出了屏蔽电缆表面转移阻抗的时域测试方法，建立了测试系统，已按计划完成项目的全部研究内容，取得的主要进展如下：. （1）提出了电缆屏蔽层转移阻抗的时域测试方法和时域建模方法，通过时域测量可直观反映电缆对电磁脉冲响应情况、建立可用于长线系统耦合分析的屏蔽层转移阻抗参数化模型；采用该模型可避免以往时域仿真需要处理转移阻抗时域波形与屏蔽层电流波形卷积的问题，在保证精度的同时简化计算；. （2）研制了转移阻抗时域测试装置，包括三同轴型和五平行线型两类，前者既适用于基于脉冲注入的时域测试又适用于基于网络分析仪的频域测试，后者适合大线径和大电流时域测试；研制了2.5kA等级的纳秒级前沿脉冲源、测量芯线电流的同轴型脉冲电流探头、微型化电场传感器等关键测试装置；通过对比实验验证了测试方法的有效性和结果的准确性；. （3）提出了转移阻抗时域模型与FDTD法和SPICE电路分析法的结合方法，前者采用一阶并联滤波器模型与一阶时间差分相适应，后者通过时延、加权、求和等电路单元实现转移阻抗模型的功能，综合建模分析结果与实测结果一致；. （4）提出了多芯屏蔽电缆耦合分析的等效电缆束法，适用于复杂多芯电缆的精简分析；该方法采用有限元法按电缆实际结构建立芯线阻抗参数，按芯线负载与共模特性阻抗的关系分类和精简合并，提高了分析效率并能够保证分析结果具有足够的精度，通过与常规方法的对比验证了该方法的有效性；. （5）揭示和分析了线缆铁磁性屏蔽层的非线性效应及其影响，在2kA等级的电流注入下发现该类电缆具有屏蔽效能增加的有利趋势，通过建模仿真证实了该现象的原因为磁化曲线的非线性，在饱和磁导率和初始磁导率之间较大的磁导率导致了中等电流注入下屏蔽效能增加的现象。. 上述方法和系统获得国家发明专利授权3项；研究阶段发表学术论文38篇，其中被SCI收录6篇、EI收录21篇；培养博士研究生3名，硕士研究生4名；研制的电缆转移阻抗测试系统作为屏蔽电缆电磁脉冲防护性能测试专用装置在航天发射系统电缆测试及选型中获得推广应用。