快前沿电磁脉冲模拟器

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1、第十届全国抗辐射电子学与电磁脉冲学术年会论文集快前沿电磁脉冲模拟器郭英俊(航天科工集团二院二部)摘要为了适应电磁脉冲效应试验的发展，研制了一台室内有界波电磁脉冲模拟器，生成符合2．5／23ns国际标准的电磁脉冲环境。运用传递组件技术实现了产生快前沿电磁脉冲的目的。同时也提供宽脉冲的试验环境。关键词电磁脉冲模拟器快上升沿传递组件国际电工委员会1996年公布的标准IEC61000．2．9及美军标1999年修改的MIL．STD-461E都将高空核电磁脉冲环境波形描述为上升时间tr=2．5ns、脉冲半高宽thw=23ns的双指数波形。而1975年Bell实验室描述的波形和国内以往EMP效应试

2、验常用的波形是上升时间4"---10ns、脉冲底宽约500ns的宽波形。为了生成符合新标准的电磁脉冲环境并满足一些效应试验的要求，研制了一台室内有界波电磁脉冲模拟器。该模拟器工作空间为1．5mX1．5mX1．5m，研制了两种脉冲宽度的脉冲源，每种源又有不同的上升时间。1窄脉冲源1．1标准特性脉冲源该脉冲源的电磁特性符合新标准的波形。采用电容器充放电原理即先用直流高压源对主电容器C。充电，然后通过开关向负载R(传输线)放电，在工作空间内生成电磁脉冲环境。选用100kV脉冲电容器作为主电容，根据半高宽的要求其容量可用thw=0．69CmR来估算。当传输线阻抗R为165F2时，则c．：塑：

3、202×10叱(F)Lm。—0．69x—165。×。r7实际所用的电容器为208pF，电感量小于40nH。开关为由气压控制的两电极充气间隙，电极头半径为8mm，外壳高度为60mm，放电同路电感小于80nH。因此脉冲上升时间将取决于开关的动作时间。经实测开关介质为高纯氮的条件下，当工作压力大于0．23MPa时，输出脉冲上升时间将小于2．5ns。为了保证脉冲源有足够的动态范围并且在电压低端也应工作在0．23MPa以上，所以必须将开关间隙设计成可调的，其调节范围是0～6mm。脉冲源的结构是将电容器和开关叠放在直径300mm的有机玻璃筒中，内充电容器油，开关间隙调节杆和开关充气管均从顶盖引出

4、。高压输出端由侧壁引出与传输线对接。传输线始端有一部分在油箱中，由于内外介电常数突变，使传输线阻抗亦随之突变。传输线阻抗用下式表达：快前☆自域琳冲模拟8l∞Ⅱ√￡(h+2a)为保证传输线在油箱内外阻抗不变，当油箱内外高度不-娈的条什F必顽满足F式1201r120x“。====。。。1。’。。一√22(h+2a．)～1(^+2a2)其中：Ⅱl为油箱中的板半宽．a，为空气中的板半宽，并己知2a佩h由上式得出d，=0174h。出u处h=125砌1．则箱山扳宽为435mm．而箱外板宽为125ram。脉冲源输出电压为1．5kV～lOOkV，朽：工什空问中心的场强为lkV／m～66kV／m。输山

5、波形监测为平行板探头．探头装在传输线过渡段的接地板上，与传输线上板构成电容分压器。所用探头用铜箔胶带制作，横向最大尺寸为74mm，纵向为50mm，电容为900pF，分压比为5．83×l矿。探头传输电缆阻抗为75n，K6．5m．套两层屏蔽套，实测电容为487pF。始端串75n匹配电阻，终端井75f2电阻及430pF的隔离电容。为尽茸减小匹配元件的分布参数，将始端电阻装在探头的插座中，终端匹配元件装在电缆的插座中。脉冲源见图i，输出波形见图2。崮i标准特性脉冲源目2标堆特性脉冲源输m波形i2快脉冲源快脉冲源的P升时间为O7ns左☆，它是用标准游对传递组件充屯来选到压缩脉冲前一沿的目的。一

6、⋯⋯⋯一所谓传递组件是一个将电容器、开关和传j；；一——．L——，．己输线始端三种功能集为体的装胃。它的原理—__一是用传输线r扳作平行扳电栉器的接地电极，～。一，将主开关的高压电极头装在平{I扳电容器高夸”’。压极板的背面，而丰开艽的另一个电极头则装图3传睦m件1、意图第1E}国抗#射电7≠与电磁脉冲半丰年会论立集在传输线上板的F面构成个独立的组件，称为传递组件。其构造示意图见图3。由国中可以看出这个装置有电存器有开咒和传输线始端．但它们部不是独立的器件，它们牧有兀什补壳和引线．也不需要元件问的连线．同时也省去了脉冲源帚1传输线之间的馈线。使放电回路的电感母压缩到了极限的限度，所以

7、它能形成上升沿很快的岛压脉冲。脉冲源的T作过程是首先由标准源产生一个上升时间较慢的脉冲通过一个隔离电感向传递组件、酌r板电容器充电．平行扳电容器的容昔与标准源土电容c。相当。其充电过程是一余弦振荡．当振到峰值时，C。E的能量将全部转移到平行扳电容器上(所以称之为传递电容)。此时将主开关接通，令无感的传递电容向传输线放电，由于传递组件电感极小，负载上将获得一个极快的上升时间。为使开关动_cf时间足够的快，其介质必须采圳SF6，而且应丁作在高气压的状卷r。由‘