谢海燕

(西北核技术研究所,西安 710024)

高空电磁脉冲(high-altitude electromagnetic pulse,HEMP)通常是指爆高大于30 km 的核爆炸在地球表面产生的电磁脉冲,按照产生机制和时间可分成早期(E1)、中期(E2)和晚期(E3)3部分[1-4]。由于幅值强,频谱宽和覆盖范围广,HEMP 可对大面积范围内的绝大多数电子电力系统造成损伤,引起国内外广泛关注。HEMP 可通过电子系统天线的“前门耦合”或屏蔽腔体上孔缝和各类线缆的“后门耦合”进入电子系统内部[5-7],在关键易损设备端口产生高电压或大电流,从而对内部电路和器件造成损伤。根据作用目标的特点,作用目标可分成两大类:一类是飞机等局域目标;另一类是电力系统等广域目标。

飞机等局域目标包含腔体、线缆、电路及器件等结构,其HEMP耦合分析问题是一个多尺度多元复杂系统耦合分析问题。针对该问题,Baum 等[8]和Tesche等[9]提出了电磁拓扑的概念,并建立传输线HEMP耦合计算的Baum-Liu-Tesche(BLT)方程。Paletta等[10]和Parmantier等[11]进一步发展了电磁拓扑方法,将全波数值模拟和BLT 方程相结合,用于飞机等局域目标的HEMP 耦合分析。由于HEMP幅值高,与电子系统相互作用存在非线性,一方面是由于电子系统内部限幅器等非线性保护器件在高电压或大电流情况下进入工作状态,另一方面是由于产生的高电压或大电流对内部器件产生损伤等非线性效应。而BLT 方程为频域方程,不能用于非线性分析。Tesche[12]建立了BLT 方程的时域形式,然而该方法涉及大量卷积和迭代计算,同时不便于与器件电路模拟相结合。

电力系统等广域目标包含输电网及配电网等网络结构,其HEMP耦合分析问题是一个广域分布式系统耦合分析问题。……