线缆负载连续波辐照效应仿真研究

　　0 引 言

　　电缆广泛用于各种武器装备电子系统之中， 是影响设备正常工作的主要电磁干扰途径。高功率电磁辐射能量通过各种电缆进入到电子设备和系统中， 使敏感电子设备和系统瞬间瘫痪或损毁。研究线缆的电磁辐射响应特性不仅对武器装备电子系统电磁干扰防护研究有着至关重要的作用， 同时也为系统级电磁辐射效应研究及模型的建立奠定了基础。对此， 解放军理工大学研究人员运用时域有限差分法( FDTD) 计算了UWB、HPM 和H EMP 作用下地面有限长电缆上的感应电流，西北核技术研究所人员采用FDT D 方法对不同条件下电缆电磁脉冲感应电流的影响进行了数值计算。

　　本文基于有限积分法的仿真软件CST 建立辐射场源为等幅正弦波的同轴电缆仿真模型， 并通过改变影响电缆终端响应的因素， 得到了电缆的电磁辐射响应规律。

　　1 有限积分法

　　有限积分技术( FIT) 是由T.Weiland 教授于1976 年首先提出的， 该方法采用了一种通用的空间离散化方案， 即变步长矩形结合三角亚元技术， 能够获得更高的计算准确度。

　　麦克斯韦方程组有微分和积分2 种FIT 从以下方程出发：

　　通过采用常用的数值积分方法和FIT 特有的空间离散方法， 可将式( 1) 表示为矩阵形式：

　　式中： R 和

　　是四带宽的稀疏矩阵， Dε 是对角矩阵， 其对角元是介电常数， Dr 是平均电导率。b、e、j分别为：

　　2 仿真建模

　　同轴电缆由同轴的屏蔽体和芯线构成， 屏蔽体和芯线间填充介质。模型由辐射源、同轴电缆、终端负载电阻组成， 2个端口分别连接负载电阻， 电阻由芯线连接到屏蔽层上。

　　采用CST 建立的同轴电缆仿真模型， 辐射场源用等幅正弦波进行设置， 电场强度为200 V/ m, 电场方向可以根据情况不同设置， 此处将电场设置为与电缆轴线平行，磁场方向与电场方向和传播方向垂直。通过薄膜电阻代表终端电阻负载。外圆柱导体采用电导率为10 S/m 的材料， 外径为0. 70 cm, 内径为0. 69 cm, 代表同轴电缆屏蔽层。内圆柱导体代表芯线， 材料设为铜， 半径为0. 3 cm,内圆柱体与外圆柱体之间的介质设为真空， 同样也可以设为其他类型的材料， 同轴电缆特性阻抗的数学表达式为：

　　式中： μ为磁导率; ε为介质电容率; 外径r 0 为0. 69 cm, 内径r 1 为0. 3 cm.可求得Z0 = 50 Ω , 在同轴电缆内外圆柱末端放置两薄片导电体， 厚度a 为0. 01 cm, 薄片放置直线连接内外圆柱体， 在薄片两端放置电压探测器， 为了使薄膜电阻和同轴电缆特性阻抗匹配， 则要式(11) 成立：