主权项 |
一种抗核电磁脉冲的电源线滤波器设计方法,其特征是:至少包括如下步骤:(1)核电磁脉冲干扰以双指数函数作为模型进行模拟,其场强表达式如下:E(t)=E<sub>0</sub>·k·(e<sup>‑αt</sup>‑e<sup>‑βt</sup>) (1)式中,E<sub>0</sub>=5×10<sup>4</sup>V/m,k=1.3,α=4×10<sup>7</sup>/s,β=6×10<sup>8</sup>/s;(2)依据步骤(1)计算干扰源在电源线缆上的最大耦合量级;核电磁脉冲对长导体耦合取传输线模型,即利用Agrawal数学模型,其二阶微分方程为:<maths num="0001" id="cmaths0001"><math><![CDATA[<mrow><mfenced open = "{" close = ""><mtable><mtr><mtd><mrow><mfrac><mrow><msup><mi>d</mi><mn>2</mn></msup><mi>V</mi></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>z</mi></mrow></mfrac><mo>-</mo><msup><mi>γ</mi><mn>2</mn></msup><mi>V</mi><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>dE</mi><mi>z</mi></msub></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>z</mi></mrow></mfrac></mrow></mtd></mtr><mtr><mtd><mrow><mfrac><mrow><mi>d</mi><mi>I</mi></mrow><mrow><mi>d</mi><mi>z</mi></mrow></mfrac><mo>-</mo><msup><mi>γ</mi><mn>2</mn></msup><mi>I</mi><mo>=</mo><mo>-</mo><msub><mi>YE</mi><mi>z</mi></msub></mrow></mtd></mtr></mtable></mfenced><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000807231260000011.GIF" wi="1205" he="285" /></maths>其中,V为散射电压,E<sub>z</sub>为到达线缆的场强,z为沿线缆方向坐标,I为沿传输线电流,γ<sup>2</sup>=ZY,Z、Y分别为传输线对地的单位长度阻抗和导纳;线上耦合电流的二阶微分方程,其解的形式包括通解和特解两部分;通解为I(z)=K<sub>1</sub>e<sup>‑γz</sup>+K<sub>2</sub>e<sup>γz</sup> (3)特解为<maths num="0002" id="cmaths0002"><math><![CDATA[<mrow><msup><mi>I</mi><mo>*</mo></msup><mrow><mo>(</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msub><mi>Z</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><msubsup><mo>∫</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mi>z</mi></msubsup><mrow><msub><mi>E</mi><mi>z</mi></msub><msup><mi>e</mi><mrow><mi>γ</mi><mi>v</mi></mrow></msup><mi>d</mi><mi>v</mi><mo>·</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>γ</mi><mi>z</mi></mrow></msup><mo>+</mo></mrow><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msub><mi>Z</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><msubsup><mo>∫</mo><mi>z</mi><msub><mi>z</mi><mn>2</mn></msub></msubsup><mrow><msub><mi>E</mi><mi>z</mi></msub><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>γ</mi><mi>v</mi></mrow></msup><mi>d</mi><mi>v</mi><mo>·</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mi>γ</mi><mi>z</mi></mrow></msup></mrow><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>4</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000807231260000012.GIF" wi="1428" he="135" /></maths>令<maths num="0003" id="cmaths0003"><math><![CDATA[<mrow><mi>P</mi><mrow><mo>(</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msub><mi>Z</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><msubsup><mo>∫</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mi>z</mi></msubsup><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mi>γ</mi><mi>υ</mi></mrow></msup><msub><mi>E</mi><mi>z</mi></msub><mi>d</mi><mi>υ</mi></mrow><mo>,</mo><mi>Q</mi><mrow><mo>(</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac><mn>1</mn><mrow><mn>2</mn><msub><mi>Z</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><msubsup><mo>∫</mo><mi>z</mi><msub><mi>z</mi><mn>2</mn></msub></msubsup><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>γ</mi><mi>υ</mi></mrow></msup><msub><mi>E</mi><mi>z</mi></msub><mi>d</mi><mi>υ</mi><mo>,</mo></mrow>]]></math><img file="FDA0000807231260000013.GIF" wi="1120" he="156" /></maths>得到线上电流为<maths num="0004" id="cmaths0004"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>I</mi><mi>z</mi></msub><mrow><mo>(</mo><mi>ω</mi><mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mo>[</mo><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><mi>P</mi><mrow><mo>(</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>γ</mi><mi>z</mi></mrow></msup><mo>+</mo><mo>[</mo><msub><mi>K</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><mi>Q</mi><mrow><mo>(</mo><mi>z</mi><mo>)</mo></mrow><mo>]</mo><msup><mi>e</mi><mrow><mi>γ</mi><mi>z</mi></mrow></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>5</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000807231260000021.GIF" wi="1360" he="85" /></maths>其中<maths num="0005" id="cmaths0005"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>K</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>Γ</mi><mn>1</mn></msub><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>γz</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msup><mfrac><mrow><msub><mi>Γ</mi><mn>2</mn></msub><mi>P</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><msub><mi>γz</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msup><mo>-</mo><mi>Q</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>γz</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mi>γ</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow></mrow></msup><mo>-</mo><msub><mi>Γ</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>Γ</mi><mn>2</mn></msub><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>γ</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>6</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000807231260000022.GIF" wi="1378" he="156" /></maths><maths num="0006" id="cmaths0006"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>K</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><msub><mi>Γ</mi><mn>2</mn></msub><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>γz</mi><mn>2</mn></msub></mrow></msup><mfrac><mrow><msub><mi>Γ</mi><mn>1</mn></msub><mi>P</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><msub><mi>γz</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msup><mo>-</mo><mi>Q</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mn>2</mn></msub><mo>)</mo></mrow><msup><mi>e</mi><mrow><msub><mi>γz</mi><mn>1</mn></msub></mrow></msup></mrow><mrow><msup><mi>e</mi><mrow><mi>γ</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow></mrow></msup><mo>-</mo><msub><mi>Γ</mi><mn>1</mn></msub><msub><mi>Γ</mi><mn>2</mn></msub><msup><mi>e</mi><mrow><mo>-</mo><mi>γ</mi><mrow><mo>(</mo><msub><mi>z</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>z</mi><mn>1</mn></msub><mo>)</mo></mrow></mrow></msup></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>7</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000807231260000023.GIF" wi="1383" he="157" /></maths>Γ<sub>1</sub>、Γ<sub>2</sub>是终端的反射系数,<maths num="0007" id="cmaths0007"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>Γ</mi><mn>1</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Z</mi><mn>1</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>Z</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>Z</mi><mn>1</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>8</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000807231260000024.GIF" wi="1238" he="140" /></maths><maths num="0008" id="cmaths0008"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>Γ</mi><mn>2</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><msub><mi>Z</mi><mn>2</mn></msub><mo>-</mo><msub><mi>Z</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><msub><mi>Z</mi><mn>2</mn></msub><mo>+</mo><msub><mi>Z</mi><mn>0</mn></msub></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>9</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000807231260000025.GIF" wi="1247" he="145" /></maths>式中,Z<sub>1</sub>为源端阻抗,Z<sub>2</sub>为负载端阻抗,Z<sub>0</sub>为传输线的特性阻抗;对于单线电缆,其单位长度的电感、电容计算如下:<maths num="0009" id="cmaths0009"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><msub><mi>μ</mi><mn>0</mn></msub><mrow><mn>2</mn><mi>π</mi></mrow></mfrac><mi>l</mi><mi>n</mi><mfrac><mrow><mn>2</mn><mi>h</mi></mrow><mi>a</mi></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>10</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000807231260000026.GIF" wi="1271" he="125" /></maths><maths num="0010" id="cmaths0010"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>C</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><mfrac><mrow><mn>2</mn><msub><mi>πϵ</mi><mn>0</mn></msub></mrow><mrow><mi>l</mi><mi>n</mi><mrow><mo>(</mo><mn>2</mn><mi>h</mi><mo>/</mo><mi>a</mi><mo>)</mo></mrow></mrow></mfrac><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>11</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000807231260000027.GIF" wi="1237" he="137" /></maths>其中,h为线缆距地面高度,a为线缆半径,μ<sub>0</sub>为真空磁导率,ε<sub>0</sub>为真空电容率,特性阻抗Z<sub>0</sub>计算式为:<maths num="0011" id="cmaths0011"><math><![CDATA[<mrow><msub><mi>Z</mi><mn>0</mn></msub><mo>=</mo><msqrt><mfrac><msub><mi>L</mi><mn>0</mn></msub><msub><mi>C</mi><mn>0</mn></msub></mfrac></msqrt><mo>;</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow><mo>(</mo><mn>12</mn><mo>)</mo></mrow></mrow>]]></math><img file="FDA0000807231260000028.GIF" wi="1273" he="161" /></maths>(3)依据步骤(2)的结果,确定防护指标;(4)选择滤波电路,确定滤波电路所需滤波器元件;(5)滤波器插入损耗是否满足设计指标;满足设计指标,可以进行电路输出;否则,返回步骤(4)重新确定滤波电路所需滤波器元件;直至满足要求。 |