屏蔽两芯线BCI等效替代辐照理论模型研究

确定内部负载响应的方法是：首先推导出屏蔽体表面上分布电流和电荷的表达式，然后利用转移阻抗和转移
导纳求出内激励源的表达式，再使用 BLT 方程确定内部响应。
1.1 注入条件
1.1.1 外部传输线
注入条件下屏蔽线外部电路模型如图 2 所示，电流探头的影响表现为耦合到线缆外皮的共模电压源 VS、加载 阻抗 ZP、加载导纳 YP。电流探头左侧的屏蔽线的长度为 L1，探头右侧屏蔽线的长度为 L2。
Key words： shielded wire； bulk current injection (BCI)； nonlinear system； radiation sensitivity； equivalent replacement
大功率用频装备以及电磁脉冲武器的运用使得战场电磁环境愈发复杂，而武器装备置于这样的环境中，往往 会造成干扰或损伤。为了更好地适应战场电磁环镜，就需要对武器装备进行强场辐射敏感度的试验考核。越来越 复杂严苛的电磁环境迫使电磁兼容测试标准中对于电磁辐射敏感度测试场强的要求不断提高，MIL-STD-442C[1] 给 出的舰船甲板以及空军驾驶舱的外部空间在某些特定频率范围将要面临的平均电场强度超过 2000 V/m，峰值场强 甚至达到 27 460 V/m。然而，在大范围空间模拟如此高强度的电磁环境难度十分巨大，在耗费大量人力物力的情 况下有的时候也难以达到理想中的效果。因此寻求一种可以替代模拟高场强电磁环境的方法迫在眉睫。
第 33 卷第 7 期 2021 年 7 月
强 激 光 与 粒 子 束
HIGH POWER LASER AND PARTICLE BEAMS
Vol. 33，No. 7 Jul.，2021
·高功率微波技术·
*
屏蔽两芯线 BCI 等效替代辐照理论模型研究
孙江宁， 潘晓东， 卢新福， 万浩江， 魏光辉
+ YPZ)C(e) Z2(e) ZP
( 2Z2(e) )
+
ZP
)
+
ห้องสมุดไป่ตู้
cosh
(γ(e)
) L2
+
Z1(e) (ZC(e) + Z2(e)ZP + YPZC(e)ZP +
)
ZC(e) Z2(e) + YPZ2(e)ZP + YPZC(e) (2 + YPZP)
sinh (γ(e)L2)
（3）
I(I)(L) =k2VS =
屏 蔽 线 外 部 电 路 的 电 压 V (I)和 电 流 I (I)的 关 系 为 V(I)(0) = −Z1(e)I(I)(0)
通过链路参数及电路理论，可得
V(I)(L) = Z2(e)I(I)(L)
073008-2
x
（1） （2）
孙江宁等： 屏蔽两芯线 BCI 等效替代辐照理论模型研究
I(I)(0) = k1VS =
2
( VS −1 − ZC(e)
cosh (γ(e)L1)
(
)
+ −1 + ZC(e)
Z1(e) + Z2(e) YP2 Z1(e) Z2(e)
Z+coPZs+PhY+(2PYZγP1((eeZ))L2((e21)Z)Z)P2(e+) +((1ZZ2(+Pe))Y+PYZcP2(oeZ)s)C(hec)()oγss(ihen)L(hγ2(()γe)+(Le)2L)2+)
Sun Jiangning， Pan Xiaodong， Lu Xinfu， Wan Haojiang， Wei Guanghui
（National Key Laboratory on Electromagnetic Environment Effects, Army Engineering University, Shijiazhuang Campus, Shijiazhuang 050003, China）
Z1(i)
IS (x) QS (x)
Z2(i)
core wire
equipment shell
Z1(e)
shielded cable sheath + VS(x)
equipment shell
Z2(e)
− ground
Fig. 1 Shielded wire circuit 图 1 屏蔽线电路示意图
关键词： 屏蔽线； 大电流注入； 非线性系统； 辐射敏感度； 等效替代
中图分类号： O441, TM937
文献标志码： A doi: 10.11884/HPLPB202133.200354
Research on theoretical model of bulk current injection replacing radiation about shielded two-core wire
（陆军工程大学石家庄校区 电磁环境效应重点实验室，石家庄 050003）
摘 要 ： 针 对 大 范 围 空 间 模 拟 强 场 电 磁 环 境 进 行 辐 射 效 应 试 验 难 度 大 以 及 现 有 大 电 流 注 入 （ BCI） 技 术 应
用 于 非 线 性 系 统 试 验 存 在 空 白 的 问 题 ， 开 展 了 屏 蔽 线 耦 合 通 道 BCI 等 效 替 代 辐 照 试 验 方 法 研 究 。 以 受 试 设 备 响
在此背景下，BCI 的方法可以为解决此问题提供思路 。 [2-6] 然而，现有的 BCI 技术对于辐射敏感度的研究却存
* 收稿日期：2020-12-29； 修订日期：2021-06-03 基 金 项 目 ： 国 家 自 然 科 学 基 金 项 目 （ 61901521） ； 河 北 省 自 然 科 学 基 金 项 目 （ E2019506032） 作者简介：孙江宁（1995—），男，硕士研究生，从事电磁环境效应试验技术研究； 卢新福（1988—），男，讲师，从事电磁环境效应测试与电磁兼容测试方法研究； 万浩江（1983—），男，讲师，从事电磁环境效应和电磁兼容研究； 魏光辉（1942—），男，教授，从事电磁环境效应试验与防护技术研究。 通信作者：潘晓东（1980—），男，副教授，从事电磁环境效应试验方法研究。
应相等作为等效依据，建立了辐照法和注入法两种条件下受试设备响应的分析模型，推导出了注入激励源电压
与 辐 照 场 强 之 间 的 等 效 对 应 关 系 ， 提 出 了 BCI 等 效 替 代 辐 照 的 条 件 和 试 验 方 法 ， 并 进 行 了 试 验 验 证 。 研 究 结 果
表 明 ， BCI 方 法 是 可 以 精 确 等 效 受 试 设 备 的 辐 照 效 应 试 验 ， 试 验 误 差 不 超 过 2 dB， 能 够 满 足 工 程 的 实 际 需 求 。
cosh (γ(e)L1)
sinh
(γ(e)
) L1
((((ZZZZC1((1C((eeee))))(+++ZY−C(ZZeP)2V22((eeZ+))SZ2(+eZ(P)1Z2(Z+e+C)(PeZY)+YZPPPP+YZZ+PC(Y1e(Ze)YP)Z2()ZePP)cZC(Z+eoC)(PeZsZ)+hP(1()2(eY)γ+Z(P2(Z2e(ZZe))2L(1(C(ee+e)1))Z+)(ZZ2+(eYP)2()Z(eP)Z+ZP+1(2(+Zee)Y)1Z(+YeP)PZP(YZ+Z2(Pe1()2Z(eYZe))C(P(Pe+Z2)+)ZC(ZseY)2(iPe(nP)+2hZ++YC((Zeγ)PYP(Z(e)P2)2()ZLe+)cP1Zo))YP)s)P)h)Zs(ciPγno)()hse))h(Lsγ(i2γn()e)(h+eL)(L2γ)2()e)+L+2)
屏蔽线是武器装备中常见的互联传输线，其应用范围十分广泛。这些屏蔽线可以是同轴线或者多导体传输 线。屏蔽线缆的响应机理与非屏蔽线不同。在有外界干扰时，屏蔽线的外屏蔽层就会感应出皮电流，然后通过转 移阻抗和转移导纳转化为内传输线的分布激励源，从而使设备产生干扰。尽管屏蔽线的耦合机理的研究较为成 熟，但是目前在 BCI 等效替代屏蔽线耦合通道辐照的试验方法还存在空白。本文针对上述问题，在屏蔽线耦合通 道中，以受试设备的输入端口响应相等作为等效依据，建立注入电压与辐射场的对应关系，提出了将注入激励源线 性外推的试验方法，解决了非线性响应系统屏蔽线耦合通道注入等效替代辐照试验的难题。
ZC(e)
+ (
Z2(e) ZP
+
YP
ZC(e)
ZP
+
)
Z1(e) Z2(e) + YPZ2(e)ZP + YPZC(e) (2 + YPZP)
sinh (γ(e)L2)
+
sinh
(γ(e)
) L1
ZC(e) Z1(e)
(+ YP2 (Z2(e)
Z2(e) ZC(e) + ZP +
ZP YP
1 理论模型
如图 1 所示，设备通常被置于导电的地平面上，屏蔽线距离地面的高度为 h，两个屏蔽设备通过外部阻抗 Z(e) 同 地 面 相 连 。 Z(i) 为 屏 蔽 线 内 部 连 接 的 设 备 两 端 的 阻 抗 。 IS(x)， QS(x) 和 VS(x) 为 屏 蔽 线 表 面 的 分 布 电 流 、 电 荷 和 电 压。上角标 I 表示注入条件，上角标 R 表示辐照条件。上角标 e 表示外部传输线的量，上角标 i 表示内部传输线的 量。下标 1 代表线缆左侧终端设备的量，2 代表线缆右侧终端设备的量。
073008-1
强 激 光 与 粒 子 束
在一定的问题。目前的研究方法是以监测的感应电流作为等效依据，建立了辐照场强与监测感应电流之间的对应 关系，而后进行高场强下的线性外推，这种方法在受试设备的阻抗不变的情况下成立。但当受试设备是非线性系 统时，辐照场强与监测感应电流之间的线性关系往往就不成立了。
I(I) (0)
V S
Z
P
I(I) (L)
L
L
1
2
Z (e) 1
V(I) (0)
Y P
Y P
V(I) (0)
V(I) (L)
Z (e) 2
0
Fig. 2 External circuit model of shielded wire under injection condition 图 2 注入条件下屏蔽线外部电路模型
Abstract： Large-scale space simulation of high field intensity electromagnetic environment is difficult to test radiation effects, and there are gaps in the application of existing BCI (bulk current injection) technology to nonlinear system tests. The research on the equivalent alternative radiation test method of the shielded cable coupling channel is carried out. Taking the equal response of the tested equipment as the equivalent basis, an analysis model of the response of the EUT (equipment under test) under the two conditions of radiation method and injection method is established. The equivalent corresponding relationship between the injection excitation source voltage and the radiation field intensity is deduced, and the conditions and test methods for the equivalent replacement of radiation with BCI are proposed and verified by experiments. The research results show that the BCI method can be accurately equivalent to the radiation effect test of the EUT, and the test error does not exceed 2 dB, which can meet the actual needs of the project.