電磁脈沖(EMP)一詞來源于大自然的閃電,在閃電附近出現(xiàn)了瞬變的電磁場。全球范圍內(nèi)大約每秒發(fā)生閃電100次,每一次瞬變的電磁場使周圍的電流上升率高達幾萬安培/us。這些瞬間產(chǎn)生的大電流從電源線、信號線通過傳導(dǎo)耦合進入電子設(shè)備,然后在設(shè)備元器件上產(chǎn)生感應(yīng)電壓、電流。如果這些感應(yīng)電壓、電流超過了元器件的損傷閥值,輕則設(shè)備正常運行受到干擾,重則元器件永久損傷系統(tǒng)無法運行。超寬帶電磁脈沖(UWB-EMP)時域上是一個上升沿很快(≤5ns)的沖擊脈沖,頻譜覆蓋范圍寬,可以從甚低頻到幾GHz(大部分能量集中在低頻段)。大量的短波、超短波通信設(shè)備以及高速超大規(guī)模集成電路就工作在這些頻段內(nèi)。當(dāng)超寬帶電磁脈沖耦合的能量與這些設(shè)備相互作用時,可能會造成部分器件被干擾、擾亂、降級甚至損壞。不同電子設(shè)備的超寬帶電磁脈沖效應(yīng)閥值不一樣,要分析超寬帶電磁脈沖效應(yīng)閥值,就必須清晰兩個關(guān)鍵點:超寬帶電磁脈沖是怎樣進入電子設(shè)備內(nèi)部的;能量耦合系數(shù)是多少以及敏感器件端口感應(yīng)的超寬帶電磁脈沖特征參數(shù),此外還需要知道敏感電子器件產(chǎn)生的效應(yīng)現(xiàn)象。本文主要從傳導(dǎo)干擾防護角度入手分析了超寬帶電磁脈沖幾種常見的傳導(dǎo)干擾特點,然后根據(jù)這些傳導(dǎo)耦合的干擾信號波形特征,再結(jié)合現(xiàn)有磁性材料工作特性,選擇了比較合適的濾波電路。本文第1章介紹了超寬帶電磁脈沖的來源以及目前國內(nèi)外研究現(xiàn)狀;第2章研究了超寬帶電磁脈沖對電源系統(tǒng)的損傷效應(yīng),只有明確了超寬帶電磁脈沖效應(yīng)機理,才能找出最有效的防護手段;第三章設(shè)計了一款針對防護超寬帶電磁脈沖傳導(dǎo)干擾的EMI濾波器。本文EMI濾波器放置在功率電源線和功率變流器輸入端之間,主要是用來抑制共模(CM)和差模(DM)噪聲,在100KHz~3GHz頻段,插入損耗可以達到60dB。為了達到設(shè)計指標(biāo),對比了各類函數(shù)型濾波器的衰減特性以后,本文選擇典型的切比雪夫低通LC濾波器來實現(xiàn)這一功能。接著分析了現(xiàn)有的磁性材料的頻率特性,根據(jù)磁性材料的磁導(dǎo)率分布情況將防護頻段分為低、中、高幾個頻段,低頻段選用磁導(dǎo)率較高的鐵基納米晶磁芯,中高頻段選用錳鋅鐵氧體以及鎳鋅鐵氧體搭配使用,特高頻段選用空心電感和通過螺栓固定在隔板上的穿心點容�？紤]到LC器件在如此寬的頻帶里工作,高頻時自身的寄生參數(shù)產(chǎn)生的諧振點會影響插入損耗。為了解決這個問題,本文分析了LC器件的高頻模型,在有寄生電容的情況下對濾波電路進行了優(yōu)化。最后對EMI濾波器的主要指標(biāo)插入損耗進行了測試,能基本滿足設(shè)計要求。接下來根據(jù)現(xiàn)有的電磁脈沖傳導(dǎo)干擾相關(guān)測試要求搭建測試平臺,對濾波器線對線、線對地之間注入電磁脈沖電流波形。本文的超寬帶測試系統(tǒng)選用瑞士的Montena:其中包括高壓脈沖發(fā)生器、半拋物面天線、示波器等。高壓發(fā)生器將高電壓脈沖傳送到一個半拋物面天線(HIRA,用來輻射耦合濾波器),然后用一個導(dǎo)數(shù)場探頭測量輻射的電場脈沖。如果濾波器在強烈干擾的環(huán)境下,為了確保測得的信號正常傳輸,還會在測量鏈路系統(tǒng)中加入一個光纖發(fā)射裝置,讓需要的信號通過光纖鏈路發(fā)送。示波器在本測試系統(tǒng)中用來收集并顯示探頭測到的信號,最終這些信號會存儲在用于控制的計算機中,形成測試報告。本文設(shè)計的超寬帶EMI濾波器,與普通的EMI濾波器相比較,前端輸入多了電磁脈沖防護部分,整體結(jié)構(gòu)包括低頻脈沖泄放防護單元和中高頻防護單元。低頻防護單元包括避雷器、延時電感和壓敏電阻。避雷器和壓敏電阻用來吸收電磁脈沖低頻能量,延時電感用來延長電磁脈沖作用時間;中高頻防護單元包括典型的LC濾波電路和饋通濾波器(穿心電容),LC諧振電路吸收電磁脈沖中頻能量,濾波電感吸收電磁脈沖中高頻能量,穿心電容用來吸收電磁脈沖高頻能量。本文采用延時、吸收、旁路諧振、射頻屏蔽等方式,使電源線耦合的超寬帶電磁脈沖能量被衰減到電源設(shè)備的正常工作范圍。
【學(xué)位單位】：成都理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2017
【中圖分類】：TN713
【部分圖文】：

有些場分量就按 1/r3減小，稱為菲涅r 減小，稱為遠場區(qū)或弗朗荷費區(qū)。頻和靠近偶極天線時，存在感應(yīng)場（產(chǎn)生遠場條件的距離，連同其他因素/2 時，則近場/遠場的界面距離規(guī)定為2r 場合，界面距離為 r=D/（2π）。這電流環(huán)路產(chǎn)生的磁場和電場開始按函近似等于點（輻射）源，而相位是距磁脈沖分析時，干擾源主要是電流環(huán)路和電流元產(chǎn)生的場以及環(huán)路、短導(dǎo)電磁脈沖電磁干擾的輻射和耦合，也在空間輻射感應(yīng)的電流元是一種電，另一端連接一個高阻抗。

第 3 章 超寬帶電磁脈沖 EMI 濾波器第 3 章 超寬帶電磁脈沖 EMI 濾波器（filter），即能夠過濾波動信號的設(shè)備。濾波器的作用，中，選出特定頻率成分的信號。針對不同頻率信號的通帶：低通濾波器（Low pass filters）、高通濾波器（High pasband pass filters）、帶阻濾波器（band stop filters）以及全通。圖 3-1 是常用濾波器頻率應(yīng)用圖。

圖 3-2 EMI 濾波器電路圖 3-3 是理想的低通濾波器和實際制作的濾波器衰減對比。理想的 LC 低濾波器能夠讓直流到截止頻率之間所有的信號沒有任何損失地通過，截止頻率后的信號全部被擋住不能通過濾波器。實際制作出來的濾波器以截止頻率為分線緩慢下降，然后在隨著電容或者線圈電感在高頻的諧振點來回波動直至回到點。fc0dB∞dB0Hz∞Hz衰減量頻率fc0dB∞Hz0Hz衰減量頻率

【參考文獻】

相關(guān)博士學(xué)位論文 前1條

1 陳恒林;EMI濾波器高頻建�！纳�(yīng)研究[D];浙江大學(xué);2007年

相關(guān)碩士學(xué)位論文 前2條

1 曹桂英;高頻寬帶EMI濾波器的研究[D];電子科技大學(xué);2012年

2 岳玲玲;用于傳導(dǎo)干擾測試的多功能線性阻抗穩(wěn)定網(wǎng)絡(luò)（LISN）的研究與設(shè)計[D];北京交通大學(xué);2009年

本文編號：2828421