【摘要】：在研究電子和通信等設(shè)備設(shè)施的雷擊電磁脈沖(LEMP)防護(hù)問(wèn)題時(shí),天線對(duì)雷擊電磁脈沖的耦合效應(yīng)及對(duì)其的防護(hù)理論與技術(shù)是一大重點(diǎn)。而移動(dòng)通信基站是電子通信運(yùn)營(yíng)網(wǎng)絡(luò)的基礎(chǔ)性設(shè)施,一直以來(lái),雷電對(duì)其產(chǎn)生了頻繁且嚴(yán)重的威脅。因此對(duì)移動(dòng)通信基站天線的電磁耦合特征和LEMP防護(hù)進(jìn)行研究是十分有意義的。相對(duì)于雷電遠(yuǎn)區(qū)電磁場(chǎng),雷電的近區(qū)電磁場(chǎng)的分布要復(fù)雜許多,所以本文對(duì)雷電電磁場(chǎng)的研究重點(diǎn)放在了近區(qū)場(chǎng)。基于雷電回?fù)舻奶炀�理論模型和雙指數(shù)函數(shù)電流模型,本文首先通過(guò)CST Studio Suite(CST)電磁仿真軟件構(gòu)建雷電通道-通信鐵塔和900MHz偶極子天線的仿真計(jì)算模型,針對(duì)不同高度的鐵塔、天線對(duì)地不同高度、天線與塔間不同的水平距離以及天線不同的極化方向?qū)﹂W電擊中通信鐵塔頂端避雷針時(shí)900MHz偶極子天線在閃電通道附近的耦合特性進(jìn)行了詳細(xì)探討;然后設(shè)計(jì)了一款工作在900MHz的通信基站微帶天線并通過(guò)CST電磁仿真軟件建立了雷電通道-通信鐵塔和900MHz微帶天線的仿真計(jì)算模型,模擬了閃電擊中通信鐵塔頂端避雷針時(shí)該基站微帶天線在閃電通道附近的電磁耦合結(jié)果;最后基于通信基站微帶天線的工作極化方式提出了一種新型的用微帶天線水平極化的工作狀態(tài)來(lái)對(duì)LEMP進(jìn)行防護(hù)的“主動(dòng)式”防護(hù)構(gòu)想。由以上分析,本文取得了如下成果:(1)天線在水平極化工作狀態(tài)時(shí)或其水平極化部分的感應(yīng)電壓小,其后端信號(hào)基本可視作噪聲,而天線在垂直極化工作狀態(tài)時(shí)或其垂直極化部分的感應(yīng)電壓則比天線水平極化的情況要大得多,最高的感應(yīng)電壓可達(dá)到200V,甚至更高,足以對(duì)后端弱電設(shè)備、接口等產(chǎn)生威脅。(2)天線距離基站鐵塔頂部越遠(yuǎn),其后端感應(yīng)電壓越小。在30m,25m,20m和15m常見(jiàn)高度的鐵塔頂端以下5m范圍內(nèi),天線的感應(yīng)電壓會(huì)隨著天線靠近塔頂而快速的增大,而在5m范圍外,隨著天線遠(yuǎn)離塔頂,其后端感應(yīng)電壓均小幅度的變小直至基本不變。因此鐵塔在上述幾種常見(jiàn)高度下,鐵塔頂端以下5m均為閃電襲擊鐵塔避雷針時(shí),閃電通過(guò)天線對(duì)后端設(shè)備致災(zāi)/致?lián)p的較為危險(xiǎn)的區(qū)域。(3)在常見(jiàn)高度的鐵塔頂端以下5m范圍內(nèi),天線距離鐵塔水平距離越近,天線后端的感應(yīng)電壓變化率會(huì)越大。對(duì)于安裝在鐵塔頂端以下5m范圍以外的天線而言,無(wú)論其距離鐵塔多遠(yuǎn),天線與鐵塔間的水平距離對(duì)天線后端的感應(yīng)電壓都無(wú)太大影響。(4)天線后端感應(yīng)電壓峰值與其極化偏轉(zhuǎn)角成近似的線性關(guān)系,感應(yīng)電壓峰值隨著極化偏轉(zhuǎn)角σ的變大而線性變小。并且,無(wú)論天線的對(duì)地高度為多少,隨著天線從垂直極化的工作狀態(tài)逐漸偏轉(zhuǎn)到水平極化的工作狀態(tài),即天線的極化偏轉(zhuǎn)角σ從0rad增加到rad時(shí),天線后端的感應(yīng)電壓峰值都會(huì)逐漸趨向于0 V。
【學(xué)位授予單位】：成都信息工程大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TN828.6
【圖文】：

圖 2-1 雷電基電流時(shí)域波形數(shù)電流模型Bruce 和 Golde 提出了雷電流的雙指數(shù)模型[23]，表達(dá) 00 0( )exp exp 0ti tI t t t 數(shù)，由回?fù)羲俣扰c通道電荷密度等參數(shù)綜合確定流的實(shí)測(cè)波形，能很好地反映出雷電基電流的特相對(duì)簡(jiǎn)單，是國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)所規(guī)定的雷電流波形，被 函數(shù)電流模型 01 1 2(0, ) 1 expn nIi t t t t 電流峰值，n 為電流變化率因子， 為基電流峰值[25]

來(lái)表示未知函數(shù)，所以無(wú)限個(gè)自由度的原繼而用有限數(shù)目的未知系數(shù)來(lái)近似整個(gè)系方程得到原邊值問(wèn)題的近似解。是 K. S. Yee[35]提出的一種在時(shí)域直接求well 方程中的兩個(gè)旋度方程用二階精度的方程。它的求解首先將計(jì)算空間離散，然間上進(jìn)行離散。這一方法的最大優(yōu)點(diǎn)在于果,且可以分析任意復(fù)雜的媒質(zhì)。可求解各種電磁場(chǎng)問(wèn)題和從靜態(tài)場(chǎng)到時(shí)域 Maxwell 方程離散化，為求解方程需定割成許多網(wǎng)格單元。以正交六面體網(wǎng)格為互嵌套、互相正交的網(wǎng)格。在基網(wǎng)格的面網(wǎng)格的面上定義電通 d，棱上定義磁壓 h，

選用的基函數(shù)的線性組合并代入算子方程，最后用一程取矩量得到一個(gè)矩陣方程或者代數(shù)方程組，通過(guò)計(jì)對(duì)求解積分方程和微分方程都適用，其求解過(guò)程簡(jiǎn)但是它計(jì)算量很大，會(huì)對(duì)研究造成不便。發(fā)射和接收和饋線構(gòu)成的輻射系統(tǒng)被稱為天線[38-39]，它實(shí)際上是能量的能量轉(zhuǎn)換裝置，用來(lái)發(fā)射和接收電磁波。當(dāng)天線中的高頻電流能量轉(zhuǎn)換為電磁波；當(dāng)天線處于接收變成饋線中的高頻電流或電壓。圖 2-3 所示。其匹配網(wǎng)絡(luò)的輸入功率為mP ；經(jīng)過(guò)aP ；經(jīng)天線輻射流入自由空間的功率記作radP 。由一部分被反射，這部分反射功率記作refP 。而天 RenE H u dS ，其中S 是包含天線的封閉曲面。

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前7條

1 周闖;;雷電電磁脈沖的輻射耦合效應(yīng)及其防護(hù)[J];科技信息;2013年01期

2 林濤;李黎;;移動(dòng)通信基站天線及接地防雷技術(shù)研究[J];信息通信;2012年02期

3 張昕;王鋒;;電磁脈沖與短波天線耦合特性的研究[J];現(xiàn)代電子技術(shù);2011年05期

4 楊雨川;譚吉春;盛定儀;楊耿;;導(dǎo)體板上單極天線對(duì)電磁脈沖響應(yīng)特性的矩量法分析[J];強(qiáng)激光與粒子束;2008年04期

5 馮奎勝;盧萬(wàn)錚;朱章虎;;電磁場(chǎng)數(shù)值計(jì)算方法分析[J];山西電子技術(shù);2005年06期

6 陳亞洲,劉尚合,張飛舟,魏明,伍小蓉;基于脈沖函數(shù)電流模型對(duì)閃電回?fù)綦姶艌?chǎng)的計(jì)算[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);2002年02期

7 張飛舟,陳亞洲,魏明,劉尚合;雷電電流的脈沖函數(shù)表示[J];電波科學(xué)學(xué)報(bào);2002年01期

本文編號(hào)：2769009