屏蔽电缆转移阻抗的测量与仿真方法研究

摘要

随着火箭发动机测试系统内的电磁环境日益复杂,在试验过程中会产生各种电磁干扰。这些宽频且幅值很高的瞬态干扰一旦耦合进入电缆芯线,将对与电缆相连的终端设备的可靠性造成严重影响,致使整个测试系统无法正常工作。因此,研究屏蔽电缆转移阻抗的测量与仿真方法,对研究改善火箭发动机的电磁兼容性具有极其重要的意义,同时能够为测量系统抗干扰装置的研制提供理论支持。
　　本文在总结现有编织型屏蔽电缆转移阻抗计算方法的基础上，将外部时变电磁场辐射到编织层上引起响应的复杂性考虑进编织网的建模中,并对编织层有效厚度进行重新建模,提出了一种新的转移阻抗计算方法。此解析表达式与屏蔽电缆编织层的结构参数相联系。并将该方法的计算结果与其他计算模型和实际的测量结果相比较,验证了新计算模型的有效性。之后,利用新的计算模型分析了转移阻抗随编织层结构参数变化的规律。其次,利用三维建模软件 Pro/Engineer建立了编织型屏蔽电缆的简化数值结构模型和近似数值结构模型,研究了在三维电磁场有限元分析软件 Ansoft HFSS中利用编织型屏蔽电缆的两种结构模型建立有限元数值分析模型的方法,并通过算例验证了利用有限元数值分析方法求解屏蔽电缆转移阻抗的有效性。该方法解决了已有数值分析法求解轴径比大,并且局部结构尺寸小且复杂的编织型屏蔽电缆转移阻抗较困难的问题。最后,提出了一种基于时域响应的转移阻抗测量法,并将其形成简单易用的实验测量平台。该测量法无需对被测电缆进行特殊处理,保证了屏蔽层的完整性;采用场的测量方法,更接近电缆的实际应用环境,提高了测量结果的可靠性;设计了一种实验法测量非规则圆杆-平面型特性阻抗,解决了外回路阻抗匹配困难的问题。所开发的转移阻抗测量平台经过多次实验,验证了其有效性。之后详细分析了影响测量平台可测频率范围提高的原因。

目录

摘 要

Abstract

绪 论

课题来源及研究目的和意义

课题来源

电缆屏蔽性能研究的目的和意义

转移阻抗问题的研究方法

国内外研究现状

解析法

数值分析法

测量法

数值分析法工具

电缆结构建模工具

有限元法仿真工具

本课题主要研究内容

屏蔽电缆转移阻抗解析方法的改进

转移阻抗计算方法的改进

散射阻抗

孔电感

编织电感

额外波动效应项

有效性验证

屏蔽电缆转移阻抗随参数变化分析

本章小结

屏蔽电缆转移阻抗的数值分析方法

数值分析方法的总体方案

三维电磁场的有限元方法

三维电磁场有限元方程

编织型屏蔽电缆结构模型的建立

边界条件的设置

激励源的选择

算例分析与有效性验证

简化结构模型计算屏蔽电缆转移阻抗

近似结构模型求解屏蔽电缆转移阻抗

本章小结

基于时域响应的转移阻抗测量装置的实现

引言

测量装置的建立与实现

测量法原理

实验平台的建立

外回路特性阻抗的测量

阻抗匹配网络的设计

激励源的选择

实验平台的应用

本章小结

结 论

参考文献

攻读学位期间发表的学术论文

哈尔滨工业大学学位论文原创性声明及使用授权说明

致 谢