李祥超，文巧莉，欧阳文，储 蕾

(南京信息工程大学 气象灾害预报预警与评估协同创新中心，南京 210044)

0 引言

电磁脉冲(EMP)，有时也称为瞬态电磁干扰，具有频率范围宽、能量大等特点, 并且具有很强的干扰及破坏作用，可以对电子设备造成严重的损伤。因此人们越来越重视雷电电磁脉冲对电子信息设备构成的威胁及其防护问题[1-3]。电子通信系统常会受到EMP干扰，如雷电产生的高功率电冲击波和感应电流电压。这种瞬时过电压(或过电流)称为浪涌电压(或浪涌电流)，会对电子设备造成干扰或破坏[4-5]，所以需要采用电涌保护器对其进行保护，迅速去除冲击脉冲，将电流﹑电压降到安全范围内。通信系统中通常采用同轴线进行信号的传输，因此，有必要对同轴电涌保护器进行设计方法的研究[6]。

国内外学者在同轴连接器[7-9]、电磁脉冲抑制和仿真方面做了大量的工作[10-13]。Gunston, M. A总结了基于物理尺寸计算传输线特性阻抗的方法[14]。翟毅等人分析了1/4波长型雷电抑制器的工作原理，分析了不同绕线线芯的半径和绕线线芯到同轴线外导体表面间距对雷电抑制器工作带宽的影响[15]。真莹采用三维仿真设计了气体放电管结构和1/4波长结构的两种快插式电涌保护器，得到了较好的结果[16]。张过有等人经过实验验证,信号类电涌保护器的分布电容超出一定值后会对信号传输产生干扰,信号类浪涌保护器应保证拥有足够低的分布电容[17]。李祥超等人分析了暂态抑制二极管(transient voltage suppressor,TVS)的分布电容对信号传输的影响[18]，并且对同轴线中雷电波传输暂态特性进行了分析[19]，还分析了接收机耦合雷电电磁波的电压及能量分布规律, 提出了利用各种保护器件来抑制接收机耦合雷电电磁波能量的抑制方法[20]。Jae Cheol通过时域有限差分(FDTD)方法模拟了气体放电管电涌保护器的瞬态响应[21]。这些对研究都对同轴浪涌保护器的设计方法具有重要的指导意义。

目前，尚没有学者将同轴浪涌保护器件剖析开，单独分析其影响因素，再结合起来研究其综合性能。特别是气体放电管与同轴连接器结合用于信号线路的电涌防护方面，很少有学者涉及。本研究利用HFSS对同轴电涌保护器进行仿真，得到如下结果：腔体结构对同轴电涌保护器的特性阻抗的影响较大，实际应用中应选择半径适中特性阻抗波动较小的尺寸；S11曲线随着腔体半径的增加，反射系数也随之减小，谐振频率基本都集中在2.45 GHz左右；气体放电管的电容与尺寸都随着值的增大信号衰减增加，但是尺寸较电容对衰减的影响更大更加明显。实测与仿真基本相符，根据冲击试验可以得出制作的同轴电涌保护器可以达到泄放浪涌，保护负载电路的作用。

1 理论分析

1.1 同轴线理论分析

同轴线传输行波时，某截面上行波电压和行波电流之比值称为该处的持性阻抗，通常以Z0标记。从传输线理论中我们知道，Z0可以由同轴线单位长度串联阻抗Z1=R1+ωL1及同轴线单位长度并联导纳Y1=G1+ωC1来计算。这里R1、L1分别为单位长度的串联电阻和电感，G1、C1分别为单位长度的并联电导和电容，ω为工作角频率。其关系式为

(1)

当工作频率较高，例如超过频率之后，满足R1<<ωL1，则变成G1<<ωC1，此时Z0变成：

(2)

这就是我们常用来计算同轴线特性阻抗的公式。特性阻抗的倒数称为特性导纳。

(3)

其中b是同轴线外圆柱导体管的内半径，a是同轴线内圆柱导体的外半径。μ为介质的导磁系数，ε为介电系数，将(3)式代入(2)式得：

(4)

令μ=μrμ0

真空中导磁系数

μ0=4π×10-7H/m=12.566 37×10-7H/m

令ε=εrε0

真空中介电常数

εr为相对介电系数，μr为相对导磁系数。将μ、ε等式带入(4)式得：

(5)

根据电磁场理论，可以求出均匀同轴线在理想导体条件下单位长度的电感L1及电容C1为[22-24]

按前面取值的μ0，ε0所计算出来的光速为3×108m/s，与精确的实测光速有约万分之七的误差，因而(5)式也有相应的误差，但在一般工程中仍被简便地使用。若在精确设计时，则需考虑加以修正。最新精确测量出来的光在真空中的速度为[25]

C0=299 792 458±1.2 m/s

设

μ0=12.566 37×10-7H/m

则精确的

按此数值计算的同轴线单位长度的电容和电感以及特性阻抗的精确公式为

施工管理人员要充分发挥管理才能，增加施工队伍间的协调与配合。制定施工人员的规章制度，令行静止赏罚分明一视同仁。同时管理人员在工作中要多多听取施工人员的想法，通过与施工人员沟通找出一线实际存在的问题。设定合理的质量目标并制定奖惩规则，促使施工人员共同努力保证工程建设的质量。同时项目应建立质量管理体系，明确控制文件对工程质量管理的规范和要求，建立健全的质量负责人责任制，确保工程质量落实到实处。

(6)

1.2 同轴电涌保护器设计原理

由于设计的电涌保护器为同轴形式，实际上转化为两个部分的设计：一是输入输出同轴端口与内部结构的匹配，二是完成电流电压释放功能的内部同轴腔体结构的设计。本研究主要讨论第二部分。在同轴结构中气体放电管垂直放在内外导体之间，存在一个阈值导通电压，在该电压之下通信系统正常工作;当外来电压大于阈值电压时，气体放电管被击穿，管子呈短路状态，导通了与接地良导体的连接，雷击产生的高电流 高电压通过气体放电管，被安全的短路到地，使电子设备上的电压降到残余电压之下，从而保护了系统的安全。

播前1d浇透穴盘或营养钵，每穴点播1粒催芽种子，然后覆已配好的基质土0.8～1 cm，再用旧地膜覆盖。秋延茬育苗应搭建小拱棚，并在小拱棚上盖上防虫遮阴网，大雨天一定要在小拱棚上覆盖棚膜。早春茬育苗时温度较低要在日光温室或智能温室中进行，晚上应在小拱棚上覆盖棚膜，以提高温度、促进出苗。

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图1 同轴电涌保护器原理图Fig.1 Principle diagram of coaxial arrester

2 模型建立

为了了解同轴电涌保护器中腔体大小以及气体放电管对信号传输的影响，采用仿真与试验相结合的方法来研究。根据1.2节中的分析可知：当b/a约等于2.3时，同轴连接器的特性阻抗约为50 Ω。将计算结果与实际应用相结合,笔者假设了7种型号的腔体的内外半径见表1。对于同轴电涌保护器中的气体放电管，在没有浪涌通过时，相当于断路。仿真主要考虑其在未被击穿时对信号传输的影响。笔者采用HFSS建立模型，分别对模型的腔体半径、长度、有无气体放电管等方面进行研究。建立模型见图2。

图2 仿真模型Fig.2 Simulation model

表1 腔体与内置铜芯半径对应表Table 1 Correspondence between cavity and built-in copper core radius

3 仿真及试验数据分析

为了分析同轴电涌保护器，其腔体半径、长度参数以及有无安装气体放电管等方面对信号传输的影响，利用HFSS进行仿真，得出其TDR、S11、S21等特性，根据得到的结果，对同轴电涌保护器进行分析，得出结论。TDR即时域反射分析(Time Domain Reflectometry)，它是基于传输线理论，通过测量反射波的电压和测量反射点到发射点的时间值来计算阻抗变化和传输路径中阻抗变化点的位置。

3.1 腔体尺寸的影响分析

“匠心”，或者说“工匠精神”，不是我们曾经认为的能挣大钱、发大财就是“先进”、就是“代表”。那种精雕细琢、精益求精，代表的是一个时代的精神和气质。为什么只有八千多万人口的德国，却能创造出2300个世界名牌？比起德国人、日本人，我们究竟缺少了什么？其实，瓶嘴儿上的“匠心”，不是不能为，而是不想为，因为这与赚钱无关，甚或加大成本影响利润。

给定一腔体长度(20 mm)如图3、4,分别为不同腔体半径下未安装和安装气体放电管的模型TDR分析结果。图3为未安装气体放电管时的情况，虽然阻抗在0～50 ps相较于其它时间段有较大波动，随着腔体半径增大时阻抗变化的幅值也随之增大，但阻抗的变化范围很小，在48.5～51.5 Ω之间，之后基本趋于平缓在50 Ω左右，满足同轴传输线的特性阻抗为 50 Ω的条件，所以假设的腔体半径与内置铜芯半径的比例关系是成立的。

去年7月24日，中央纪委通报：陈传书担任民政部下属单位主要负责人期间，工作严重失职失责，监督管理不力，对有关问题的发生负有主要领导责任，受到留党察看一年、行政撤职处分，降为正局级非领导职务。

图3 无气体放电管TDRFig.3 TDR without gas discharge tube

图4 带气体放电管TDRFig.4 TDR with gas discharge tube

所谓大局，是指整个局面和整个形势，以及与之密切相关的长远利益。具备团结合作的大局观念是党政领导干部做好各项工作的重要前提。面对纷繁复杂的社会思潮和波云诡谲的政治形势，党的领导干部要善于从全局的高度、以长远的眼光，观察形势，分析问题，围绕党和国家的中心任务、长远利益，认识和把握大局，团结协作，创造性地做好本职工作。

如图5、6，分别为不同腔体半径下未安装和安装气体放电管的模型S11曲线分析结果。通过图5可得，S11曲线随着腔体半径的增加，反射系数也随之减小，并且随着介质宽度的增加，其对反射系数的影响越小，这应该是因为腔体空间增大使其内部折射增强的关系。但其对谐振频率并没有什么影响，基本都集中在2.5 GHz左右。如图6所示，安装气体放电管后，1.3 GHz之前和3 GHz之后的规律与未安装之前类似。可是，在谐振点周围的反射系数出现了明显的不同，其反射系数不再随着介质宽度的增加而减小，并且没有呈现明显的规律。总体上看，腔体半径及有无气体放电管对腔体的谐振频率是影响不大的。

从我国海南省三亚市到南海的曾母暗沙距离大约为2000千米，我们海军的大型舰艇平均航速在30节（每小时55.56千米）左右，那么可以估算出从三亚到曾母暗沙，军舰需要航行将近40个小时。而“鲲龙”AG-600以最大巡航速度500千米/小时抵达曾母暗沙仅需4小时，并且还可以在该地盘旋数小时。在遇到诸如海盗劫持或者恐怖袭击时，使用“鲲龙”AG-600可以在最短时间内，直接将人员、物资等投送到事发海面。

图5 无气体放电管S11Fig.5 No gas discharge tube S11

图6 带气体放电管S11Fig.6 S11 with gas discharge tube

3.1.2 腔体长度的影响

首先,在确定风机布局的基础上,根据迎风向的首台风机的输入风速和风向,通过复杂尾流效应模型计算考虑每台风机尾流效应的风速。然后,根据风电机组的功率输出特性曲线,得到每台风机的输出功率,从而建立可靠性模型。其流程如图3所示。

放置气体放电管后，通过对比图3、4可以得到，安装气体放电管后，模型的阻抗有所增加，阻抗波动较剧烈的时间段向后推迟到了150 ps～200 ps，并且波动程度较未放置时越发剧烈。0～50 ps段与未放置气体放电管时阻抗的变化趋势相同，随着腔体半径增大时阻抗变化的幅值也随之增大，但是在150 ps～200 ps段可以看出随着腔体半径增大阻抗的变化幅度减小。所以同轴电涌保护器在选择参数时应考虑选择适中的腔体半径，使得特征阻抗波动起伏小，减少阻抗突变造成信号传输的影响。

图7为在HFSS中通过参数扫描改变模型长度得到的模型不同长度下的S11曲线。通过分析可以得到模型长度对S11曲线的影响。可以看出长度对谐振频率的影响非常明显，谐振频率随着模型长度的增大而减小。模型长度对反射系数也有影响，在1.3 GHz前，反射系数随着模型长度的增加而增加，在1.3～1.65 GHz之间，反射系数随着模型长度的增加而减小。在之后的1.8～3 GHz和3～4.5 GHz之间重复前面的规律。

图7 不同长度下的S11曲线Fig.7 S11 curves under different lengths

3.2 气体放电管对信号的影响分析

3.2.1 气体放电管电容

由上面的3.1.1腔体半径对特征阻抗TDR结果分析，选取特性阻抗波动较小的腔体半径参数再结合实际应用,本研究选择半径为10 mm，长度为20 mm的腔体参数，改变气体放电管的电容值以及半径大小，分析气体放电管对传输的影响。

因为气体放电管本身的分布电容值很小约在1～5 pF间，仿真改变气体放电管的电容1～5 pF(半径为3 mm)，步长为1 pF，得到其S21的变化情况，如图8。可以看出整体的信号传输的插入损耗小于0.1 dB，基本可以忽略不计。虽然对信号传输没有影响，但是可以明显的看出随着电容的增大，信号传输的衰减增大，呈现出一个递增的趋势。

我修炼了一门秘术，叫“满瞳”，就是可以把瞳孔放大，一只蚂蚁在我眼里，也有拳头大，再放大，蚂蚁就有西瓜大、磨盘大。

图.8 不同电容量的S21曲线Fig.8 S21 curve of different capacitance

3.2.2 气体放电管尺寸

当电容值为1 pF，改变气体放电管的半径大小，S21的变化情况见图9。可以看出整体的信号传输的插入损耗小于0.25 dB，对信号传输基本没有影响，但是可以明显地看出随着放电管半径的增大，信号传输的插损耗增大，且相比气体放电管电容值对插入损耗的影响更大，衰减度更加明显。所以在选择气体放电管的时候尽量选择尺寸小的，减小插入损耗，保证信号传输的效率。

图.9 不同半径电容的S21曲线Fig.9 S21 curve of different radius capacitors

3.3 同轴电涌保护器实物分析

通过对上面是S11、S21和TDR的分析，选取腔体半径为10 mm，长度为20 mm,选取两种击穿电压90 V、230 V的气体放电管,制作同轴电涌保护器。制作出的同轴电涌保护器实物见图10。对制作出的同轴电涌保护器利用网络分析仪测量其S11和S21曲线，并进行冲击试验。

图10 同轴电涌保护器Fig.10 Coaxial arrester

猪肉是我国居民传统的肉食消费品，消费量占到肉类总消费量的60%以上。作为消费者，为避免买到病害猪肉，除到正规商场、超市和农贸市场选购有检疫检验合格标志的猪肉外，还需掌握下列基本的鉴别方法。

紫云独立在秋风中，眼光落在水仙芝身上。曾经，她们一起读书，都爱过班上的蒋海峰，如今双双失落在河边。一阵风吹来，紫云迟疑片刻，悄悄地从她身后的大堤上走过。抄小路回到家里，和衣而卧，陷入不可自拔的痛苦中。

对同轴电涌保护器测量其S11曲线，对比仿真S11结果，见图11。因为仿真仅考虑了电流电压释放功能的内部同轴腔体结构的设计，再加上与两端的同轴连接器连接的关系，可以看到反射系数仿真与实测有明显的不同。但是从图中可以看出，腔体的谐振点都在2.5 GHz左右，与仿真结果基本相符。

图11 S11曲线对比图Fig.11 S11 curve comparison chart

3.3.2 S21分析

对同轴电涌保护器测量其S21曲线，对比仿真S21结果，见图12。因为仿真未考虑两端的同轴连接器，仅考虑内部同轴腔体结构，所以实测与仿真的衰减量存在差异。

3.3.1 S11分析

3.1.1 腔体半径

图12 S21曲线对比图Fig.12 S21 curve comparison chart

但是从实测可以看出，尽管与仿真结果有差别，但是在4 GHz的频率范围内衰减量小于1.3 dB的，所以同轴电涌保护器对信号的传输基本没有影响。

3.3.3 冲击试验分析

图13为组合波发生器原理图，一般用于同轴电涌保护器的测试，本研究使用组合波发生器(1.2/50 μs、8/20 μs组合波)进行测试。分别在设计的同轴连接腔体内放置击穿电压为90 V、230 V两种类型的气体放管进行冲击试验。图14(a)、(b)为对同轴避雷器进行冲击测试得到的典型的通流和残压曲线图。从这两幅可以明显的看到气体放电管的响应动作时间有明显的变化。图15为不同冲击电压下两种气体放电管的响应动作时间，从曲线图可以看出，随着冲击电压的增大，气体放电管的响应时间缩短，最后基本在0.1 μs以下左右，能够快速动作泄流。比较90 V与230 V两种气体放电管响应时间，90 V较230 V响应时间更快对雷电电磁脉冲更敏感，所以在制作同轴电涌保护器时优先选择击穿电压小的气体放电管。图16为通流和残压值随冲击电压变化曲线图，可以看出随着冲击电压的升高，同轴避雷器的通流和残压也随之平稳增大。在实测中90 V击穿电压的气体放电管在0.1 kV冲击电压下开始工作泄流，最后电压稳定在280 V左右，在实测中230 V击穿电压的气体放电管0.25 kV冲击电压下开始工作泄流，最后电压稳定在700 V左右，可以看出制作的同轴避雷器能达到泄放浪涌，保护负载电路的作用。由于通信线路设备比较敏感，选择气体放电管击穿电压时尽量选择小的，保证正常通信的前提下，有具有良好的防雷效果。

图13 组合波发生器原理图Fig.13 Schematic diagram of combined wave generator

图14 实测典型通流残压波形图Fig.14 The waveform of the measured typical residual voltage

图15 气体放电管响应动作时间Fig.15 Response time of gas discharge tube

图16 实测通流和残压Fig.16 Measured through flow and residual pressure

4 结论

通过HFSS仿真分析不同介质宽度、长度及气体放电管对同轴电涌保护器TDR、反射特性和传输特性的影响。针对得出的结果，选取合适的尺寸，制作同轴电涌保护器，并对其测量反射传输特性及冲击特性，得出结论：

1)仿真分析：

① 根据TDR分析，可以看出腔体半径与内置铜芯的半径比为2.3时，腔体结构的特征阻抗维持在50 Ω左右。比较不同腔体半径的TDR曲线，未放置气体放电管时，随着腔体半径的增大在0～50 ps范围内的波动也越剧烈。安装气体放电管后，模型的阻抗有明显的增加，阻抗波动较剧烈的时间段向后推迟到了150 ps～200 ps，并且波动程度较未放置时越发剧烈。0～50 ps段与未放置气体放电管时阻抗的变化趋势相同，但是在150 ps～200 ps段可以看出随着腔体半径增大阻抗的变化幅度减小。S11曲线随着腔体半径的增加，反射系数也随之减小，但谐振频率基本都集中在2.5 GHz左右。安装气体放电管后，在谐振点周围的反射系数出现了明显的不同，其反射系数不再随着介质宽度的增加而减小；长度对谐振频率的影响非常明显，谐振频率随着模型长度的增大而减小。模型长度对反射系数的影响与频率相关。

①注意卡管。在钻孔回扩完成后，如孔内石碴未清理干净，易在铺管过程中发生卡管情况，影响施工进度。因此对有断层或破碎带的钻孔必须认真细致冲洗，且冲洗完成后即组织铺管施工，不得停顿时间过长，避免卡管。

② 比较气体放电管不同电容与不同尺寸下的S21曲线可以看出，电容与尺寸的增大衰减也相应增大，但是电容量的影响很小，尺寸对信号的衰减影响更加明显。

2) 实物分析：

① S11谐振点在2.5 GHz左右，与仿真结果相符。

② S21:插入损耗随着频率的增加而不断增大，在4 GHz的频率内对信号传输不会造成影响。

③ 冲击特性：随着冲击电压的升高，气体放电管的响应时间大大减小，最终响应时间小于0.1 μs，且气体放电管击穿电压小的响应时间更快更敏感；随着冲击电压的增大，同轴电涌保护器的通流和残压也随之平稳增大，90 V击穿电压的气体放电管电压逐渐稳定在230 V左右，230 V击穿电压的气体放电管电压逐渐稳定在700 V左右，表明同轴电涌保护器可以达到泄放浪涌，保护负载电路的作用。

在马克思主义中国化的过程中，进步社团起了重要的作用。这些进步社团在当时先进青年组织下，积极研究和传播马克思主义，探索社会的改造，有力地促进和推动了马克思主义中国化。其中尤以北京大学马克思学说研究会、新民学会、北京大学平民教育演讲团、社会主义青年团等为著名。