闪电回击通道周围电磁场分布特性研究

摘要

闪电是自然界中一种强大的放电现象。随着微电子技术的发展，城市高层建筑的增多，闪电电磁脉冲（LEMP）辐射在通信、航空、金融等高科技密集的领域造成的直接和间接经济损失越来越大，严重制约了相关行业的发展。
　　线状地闪的回击过程引发的闪电电磁脉冲辐射的危害是最大的。本文研究了闪电的产生机理和发展过程；介绍并分析了国内外关于线状地闪的六种工程模型的优缺点；简述了用解析表达式来模拟雷电基电流的方法。
　　阐述了时域有限差分法（FDTD）的基本原理，对雷电流在时间和空间上进行离散，得出闪电通道周围1km范围内电磁场的各个分量数值解。本方法相比目前国外主要采用的频域方法，具有很大的优势。并系统分析了大地电导率、介电常数，闪电通道高度，闪电回击速度等参数对电磁场波形、峰值的影响。
　　本文还利用改进的DU模型，得到了闪电通道周围电磁场的精确分布特性，本方法优于Uman等人提出解析解的方法。
　　还研究了高地对闪电通道周围电磁场的影响，给出了通道周围峰值对比图；分析了不同高地参数包括高度和顶端宽度等对闪电通道周围电磁场的影响。
　　本文从新高度来认识研究闪电，分析LEMP周围空间电磁场特性，对加强闪电系统级防护具有十分重要的现实意义。

目录

闪电回击通道周围电磁场分布特性研究

RESEARCH OF ELECTROMAGNETIC FIELDS

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.1.1 闪电与闪电电磁脉冲

1.1.2 闪电的危害

1.2 国内外研究概况

1.2.1 闪电电磁脉冲研究现状

1.2.2 时域有限差分法研究现状

1.3 本文主要研究内容

第2章 闪电电磁场模型的建立与分析

2.1 引言

2.2 自然闪电形成过程及特征

2.2.1 闪电的起因

2.2.2 地闪的发生过程

2.2.3 地闪特性

2.3 线状地闪的主要参数

2.4 线状地闪回击工程模型

2.5 闪电基电流

2.5.1 人工引雷与闪电基电流特征

2.5.2 雷电基电流波形

2.6 本章小结

第3章 时域有限差分法分析闪电电磁场

3.1 引言

3.2 FDTD 概述

3.2.1 FDTD 算法的基本原理

3.2.2 FDTD 算法的基本方程

3.2.3 解的数值稳定性

3.2.4 吸收边界条件

3.2.5 程序编制及验证

3.3 TL 模型计算结果

3.4 回击参数对电磁场的影响

3.4.1 大地电导率及介电常数

3.4.2 通道高度

3.4.3 雷电流回击速度

3.5 本章小结

第4章 复杂地形闪电电磁场计算

4.1 引言

4.2 DU 模型闪电脉冲电磁场计算

4.3 闪电通道周围高地对电磁场分布的影响

4.3.1 高地与平地电磁场的比较

4.3.2 高地形状对闪电通道周围电磁场的影响

4.4 本章小结

结论

参考文献

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致谢