高强辐射场环境下电缆耦合规律分析

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浅谈多芯电缆电磁耦合机理及电磁屏蔽技术

浅谈多芯电缆电磁耦合机理及电磁屏蔽技术
天津六。九电缆有限公司技术中心
韦玮
１．概述
可以降低电缆内传输信号对外的电磁辐射，减小对周围电磁环境的污染，防止信息的泄漏和失密。
电缆是将各种形式的信息从一处传到
突出，直接影响着整个系统的电磁兼容性。
屏蔽作为电磁兼容控制的重要手段，
导体绝缘
可以有效的抑制干扰。采用屏蔽的电缆，
一
方面可以有效的抑制空间电磁场对传输
屏蔽层护套
（）普通多芯屏）内屏蔽多芯电缆ｃ
外界干扰有一定的抑制作用。图ｌ（）表示内屏蔽多芯电缆，既每ｃ
导体
绝缘
根芯线都有各自的屏蔽，外面还有一总屏
蔽层。这种电缆价格很贵，只用于成组地
传送不同性质而且要求很高的信号，不仅
屏蔽体和对绞节距抑制的双重作用下得到相当大的衰减。
当然在实际情况下会根据需要选择一
些特殊的多芯电览，芯线可以为双绞线、
裸线和同轴线的不同组合。３．耦合机理分析电缆芯线根据干扰耦合机理可分为裸
２．多芯电缆简介
多芯电缆按照用途可以分为电力电
缆、船用电缆、矿用电缆和通讯电缆等。而按照耦合机理可以分为多芯屏蔽电缆和

电线电缆辐照交联

辐射交联电线电缆第一节绝缘材料的辐射交联电线电缆工业是机械电子工业的一个极其重要的组成部分。

电线电缆是传送电能、传输信息和制造各种电器、仪表不可缺少的基本元件，是电气化、信息化的基础产品。

随着社会城市现代化发展的需求，无论在微电子、家电、汽车、航空、通讯、电力等系统，还是交通运输和建筑领域对电线电缆不断提出更高的要求，如耐温性、耐环境老化、和耐开裂性，以提高产品运行的可靠性和安全性。

这是常规电线电缆所满足不了的，电线电缆绝缘的交联改性可大大提高电线电缆的工作温度、耐溶剂、耐环境老化，耐开裂等性能。

如普通聚乙烯（PE）绝缘电线电缆，由于绝缘是线型聚合物，受熔融温度限制，只能在70℃以下场合使用，耐溶剂性、耐开裂性差。

如果绝缘形成交联结构导致性能上显著提高，使其耐温和耐化学试剂性等得到改善。

通常PE在70-90℃软化，在110-125℃熔流，而交联后的PE即使在250℃仍然不会改变形状。

线缆工业中有三条途径实现交联：即化学交联（CV）、硅烷交联（SV）和辐射交联（RP）。

辐射交联在中小型电线电缆绝缘的交联加工改性中占绝对优势。

二十世纪70年代，随着工业电子加速器的发展和在辐射加工中的应用，电线电缆绝缘的辐射交联已成为辐射技术应用和加工的最大领域。

电线电缆绝缘的辐射交联加工它不仅与聚合物材料的辐射化行为和结构变化有关，还涉及到材料科学、聚合物化学以及加工工艺学，是多学科、多技术结合的共同结果.1.电线电缆的绝缘材料的选择与配方设计，是辐射交联电线电缆改性的基础。

它决定绝缘材料的基本性能、加工工艺性以及辐射加工的可行性。

2.电线电缆的挤出成型，形成电缆的基本结构，取决于聚合材料的加工工艺性和线缆工艺条件。

加工决定了聚合物内在相态结构，它又制约着下道工序——辐射加工中发生的化学反应与结构转变。

3.成型的电线电缆，经过电子加速器的电子束（EB）辐射加工，绝缘材料将由线性聚合物转化为三维网状结构，其交联度大小及其均匀性是与加速器的电子束下的传输装置密切相关的。

高压脉冲电缆的抗电磁辐射和抗干扰性能研究

高压脉冲电缆的抗电磁辐射和抗干扰性能研究电缆在现代生活中起着重要的作用，它们被广泛应用于能源输送、通信传输等领域。

然而，随着科技的不断进步，电磁辐射和干扰问题变得越来越突出。

特别是在高压脉冲电缆的应用中，抗电磁辐射和抗干扰性能成为了一个重要的研究方向。

高压脉冲电缆是承受高压脉冲信号传输的重要设备，其性能对系统的稳定性和安全性产生直接影响。

电磁辐射和干扰问题可能导致电缆内部信号传输质量下降，进而造成系统故障甚至损坏。

因此，研究高压脉冲电缆的抗电磁辐射和抗干扰性能具有重要的理论和实践意义。

首先，高压脉冲电缆的抗电磁辐射性能是一个关键的研究方向。

电磁辐射是指电缆在工作过程中产生的电磁波，它可能对周围环境和其他系统产生干扰。

因此，研究如何减少电缆的电磁辐射是至关重要的。

一种常见的方法是采用屏蔽结构，通过将导体与绝缘层之间增加屏蔽层来阻止电磁波的泄漏。

此外，合理选择导体材料以及优化电缆的结构也可以有效降低电磁辐射水平。

其次，高压脉冲电缆的抗干扰性能也是一个重要的研究方向。

干扰是指电缆在工作过程中受到的外部电磁信号的干扰。

这些干扰信号可能来自电力设备、通信设备等。

为了提高电缆的抗干扰能力，可以采取以下措施：一是合理规划电缆的布置方式，尽量避免电缆与其他设备之间的干扰；二是采用抗干扰材料制造电缆，如使用屏蔽层、抗干扰绝缘材料等；三是提高电缆的抗干扰能力，选择合适的电缆参数，如导体直径、绝缘层厚度等。

在研究高压脉冲电缆的抗电磁辐射和抗干扰性能时，需要考虑到以下几个方面的因素。

首先是电磁辐射和干扰的频率范围，不同频率范围的干扰对电缆的影响程度是不同的。

其次是电缆的工作环境，不同的工作环境可能会带来不同的电磁辐射和干扰源。

因此，研究者需要根据实际情况设计不同的实验方案来评估电缆的抗电磁辐射和抗干扰性能。

此外，高压脉冲电缆的抗电磁辐射和抗干扰性能研究还需要考虑电缆的可靠性和安全性。

电缆的可靠性是指在工作过程中保持稳定的传输性能。

辐射型漏泄同轴电缆耦合损耗分析

１、引言
辐射型漏泄同轴电缆是通过人为的在普通射频同轴电缆外导体上有规律的开槽或开孔，根据要求可有效地控制在电
缆内传输的信号量和漏泄到电缆外的信号量的分配比例；同时，电缆外的无线电信号也可耦合到电缆内进行逆向传输，
‘ ９ ’
（０）１
：
ｖ×
Ｌｌ
根据式（和式（０）９）１，由Ａ和Ａ可求得电缆外空间辐射电场Ｅ和Ｅ：
（＝一／面１８）刚：＂
＝
：
（ｌ（ｐ
（１）１
图１一用范围的不断拓展，人们对辐射型漏泄同轴电缆的电气性能参数提出了越来越高要求。
辐射型漏泄同轴电缆电气性能参数有耦合损耗、传输衰
缆的耦合损耗按照概率（０或９％）５％５来定义，即：从电缆
５％小于定义值，９％概率定义为测量数据有９％小于定０５５
义值。
２、耦合损耗分析
耦合损耗是表征辐射型漏泄同轴电缆与外界环境之间电
磁波能量相互耦合强度的特性参数，也是区别辐射型漏泄同
轴电缆与其它射频同轴电缆的唯一指标。通常将耦合损耗Ｌ
＝
１
一
字型开槽结构的辐射型漏泄ｌ司轴电缆单缝结构如１
’
一
所示，其开槽孔表面电场为
蹦，［￣ｋｖｃ＇￣：１ｓ￣－（ｂＯｑ５）］

电力电缆高频辐射电磁场防治对策

电力电缆高频辐射电磁场防治对策经济部标准检验局台南分局技正林昆平摘要国内变电所设置引来强大抗争，这是大家在新闻上常看到的，不过民众似乎把焦点放在围墙内的变电设备，而忽略了传导电荷的高压辐射电缆，一般高压设备均有金属外壳，本身就有屏蔽效果，因此高频辐射电磁场的传送，主要元凶在电缆，而不是变电设备。

本文除了介绍环境电磁场的国内外标准外，把相当大的篇幅摆在高低压电缆及控制电缆电磁辐射防治对策，不管在材料上或是电缆配置，多所注解，希望对变电站的设计工程师，在阻隔电磁场辐射上，有所助益。

一、前言电力电缆为本局检验项目之一，其配置方式通常有两种，一种为架空高压电缆，一种为地上工厂大楼配电用高低压电缆，前者作大功率电力传送，后者则为一般民生供电用。

电缆由于传送大量负载电流，因此四周有电磁场的存在，致癌之说喧嚣尘上，只要有台电架空电缆经过及变电所兴建的地方，无不遭受村民强大阻力。

高压电缆一般电压都很高(345KV、161KV、69KV、24KV、12KV)，但电流却很小，因此电场较强，磁场较弱。

低压电缆则电压较低(440V,380V,220V,120V)，但电流却很大，因此电场较弱，磁场较强。

电缆的最外层一般均包有铜带，其主要功能提供泄漏电流导至大地的管道，故最后都会以接地端子接地，以维护使用上的安全，但也因这层铜带，使得电场无法辐射出来，故这铜带又称『遮蔽铜带』。

因此探讨电力电缆的电磁辐射问题，主要对像就只剩下磁场了。

工厂大楼由配线电缆所引发的磁场干扰案例，80%是电脑萤幕闪烁，造成业务停摆，由于电缆必需与各楼层负载分电箱连结，因此建筑物天花板、高架地板及墙壁内，几乎都可发现它的踪迹，对摆设在邻近的电脑产生干扰，就在所难免了。

一般电脑萤幕大约810mG(毫米高斯)磁场干扰，即产生晃动；3040mG磁场，则颜色变调；而电缆汇集地--变电站，是另一个关注的焦点，尤其门口四个大字「高压危险」，更是让民众危恐避之，深怕电磁效应伤身致癌。

电缆负载射频电磁辐射响应规律研究

ｚ。一ｌ（）ｎ，（）２
算法每次只给出一个频点的计算结果，获得结构要的宽带特性，要进行多次反复计算；需时域算法经过
一
式中：ａ为薄片导体厚度；为薄膜电阻电导率。ｓ
次仿真就可以获得整个频带内的所有电磁特性，
磁辐射效应研究及模型的建立奠定了基础。对此，
解放军理工大学研究人员运用时域有限差分法
（ＤＴ计算了ＵＷＢＨＰ和ＨＥＦＤ）、ＭＭＰ作用下有限
长电缆上的感应电流＿］西北核技术研究所人员采２，用ＦＤ方法对不同条件下电缆电磁脉冲感应电ＤＴ
频率分别为１０ＭＨｚ２０ＭＨｚ３０ＭＨｚ４００、０、０、０
ＭＨｚ５０ＭＨｚ其他设置和上面建模数据设置和０，
不变。
图２是频率为２０ＭＨｚ时终端负载电阻为０２．ｆ响应电压时域波形。其为正弦波形，５６ｋＺ的有
ｒｓｏｓｏｔｇｓｂｇｅ，ｎａｅｈｏｔｇｔａｙ；ｎｅｉｅｅｔｒｑｅｃｅｎｈａｌｅｐｎｅｖｌａｅｉｉｇｒａｄｌｔｒｔｅｖｌａｅｉｓｅｄｕｄｒｄｆｒｎｅｕｎｉｓａｄｔｅｃｂｅｓｆｆ
作者简介：李新峰（９７）１８一，男，硕士研究生

接地方式对屏蔽线缆在HIRF照射下耦合的影响

的输入阻抗ｐ］。。
频发射机等），使得空间电磁频谱变宽，电磁场强度增
大，使近年来由于外部电磁环境引起的飞行事故时有发
生Ｌ，１６年７２２７月９日， “ 莱斯特 ” 号航空母舰舰载Ｊ９福
机上的火箭受到舰上雷达的照射引起点火装置误动作，而自动发射，致使甲板上的燃料和弹药发生爆炸，这次事件导致１４名人员丧生，６人受伤。２世纪８年代３４００初，美国的一艘导弹驱逐舰上的舰载直升机在军舰的上空盘旋着舰时，由于受舰上大功率天线的辐射使直升
机的桨叶伺服机构失效而坠毁，导致舰上的设备和人员不同程度的损伤，经济损失７万美元。２５０世纪８年代０
１８信息系统工程ｌ０２１．２２６Ｏ
建立模型如图ｌ所示，一根６ｍ长的同轴电缆距离
地面１米水平放置，选择电缆型号为Ｒ２３／（Ｇ１Ｕ同轴电
二、仿真模型建立
ＦＫＯ的核心算法是矩量法，还整合了包括快速多Ｅ极子、多层快速多极子等在内的多种加速算法，计算精
看，现在射频发射机的数量和功率增加，工作方式增多（如地面雷达、通信和广播电视发射台、舰载和机载射
度、效率均有保障。其计算原理为：对于金属导体，首先计算导体表面的面电流分布；对于介质体，首先计算介质体表面的等效面电流和等效面磁流。有了面电流之后，就可以计算近场、远场、ＲＳＣ、方向图，或者天线
一
、
引言
中期，一架美国海军飞机，由于电磁干扰导致机载高

电磁脉冲对电缆耦合的仿真分析

维普资讯
证与电磁兼窖卷
ｒｉｉｔＯｎ＆ＥＭＣｌｆｃａｉ
●
● ●
●
●
非均匀网格技术，最后通过编程仿真得到了具体仿真结果，并与实测数据作对比，验证了仿真方法的的有效性。
Ｏｂｅａｎｓａｉｈａｐｈｓｉｌｎｙ８ｍｏｊｃｔｄｅｔｂＩｙｃａａａｌｓＩｓｄｅ１ｗｉｈｔｅｔｅｏｒｌｔｏａｅｔｃｆｅｄａｎｔｈｈｙｏｆｅｅｃｒｍｎＩｌｌｄ
ＦＤＴＤ．ｅｔｅｏｒｅｎ－ｏｃｔｅｒａＴｈｈｏｆｍｔｙｂｄｙｓａｔｎｄｔｅｔｈｎｏｇｏｎｙｈｅｃｏｌｙｏｆｎｕｎｆｍｌｏｒＩｔｔｌｉｄｌｈｉｕＩｉａｃａｌｂｃａｔｌｃｅｅｒｕｉｔｅｎｔｅｓｍａｔｅｉｏｎｃｌｕＩｔｏｎｅａｕｅｏｈｅｃａｒｃｅｒｏｈｅｂｅＦｉａｌ．ｓｆｔｈａｔｆｔｅｃｌ．ｎｌｙｗｅｇｈｅｕＩｂｈｅＰｒｒｅｔｔｅｒｓｔｙｔｏｇａｍｍｅ８ｍｕａＩｎａＩＩｔｏｎｄｔｅｓｍｕａＩｎｍｅｔｏ８ＰｒｅｉｈｈＩｌｔｏｈｄＩｏｖｄｗｔｔｅｈｖａｕａｂｅＯｏｃＪｓｉ．ＩＩｎｕｏｎＫｅｙｏｒｗｄ■：ＦＤＴＤ：ａｎ－ｏｃｔｅ：ｏＭｙｂｄＹｓｓｔＮｎｕｆｒｒｎＩｍＩｔｅｏａｔｉｃ

电磁耦合实验平台系统线缆束的电磁拓扑分析

磁辐射技术的发展，对具有复杂电缆束网络和电子设备的系统，带来了严重的电磁威胁。这从电磁攻击与电磁防护两方面，对复杂线缆束的电磁耦合分析，都提出了更加迫切的需求。由于复杂线缆束网络所涉及的几何空间的边界条件十分复杂，所以很难用时域有限差分（ＦＤＴＤ）或频域有限差分（ＦＤＦＤ）方法求解复杂线缆束网络系统的电磁耦合问题。我们在基于传输线理论，采用拓扑学中将空间按照拓扑结构进行分解的思想，建立了线
扑方法的复杂系统电磁干扰的均匀多导体传输线网络计算模型，并与Ｔ．Ｋ．Ｌｉｕ和Ｆ．Ｍ．Ｔｅｓｃｈｅ一起推导出
了电磁拓扑理论的著名方程— — ＢＬＴ方程］。而对于非均匀非平行多导体传输线网络问题，ＢＬＴ方程就不适用，而实际电子系统的传输线大多是不平行的，例如绞股电缆等，故Ｃ．Ｅ．Ｂａｕｍ在文献Ｅ４］中提出开展对基于拓扑方法的非均匀非平行多导传输线网络理论的研究，探索新的计算理论与方法。Ｊ．Ｐ．Ｐａｒｍａｎｔｉｅｒ于１９９３年至１９９６年参加了法国关于线缆束的电磁耦合试验，主持研制了基于电磁拓扑方法的计算软件ＣＲＩＰＴＥ，并将电磁拓扑的概念推广到高频问题中［９ａｏ］。２００８年９月，欧盟投入巨资开展ＨＩＲＦＳＥ工程项目口，用于航空

传导耦合、高频耦合及辐射耦合

UN jBS cos
(3-16)
如图3-6所示, S是闭合回路的面积, B是角频率为ω(rad ／s)的正弦变化磁通密度的有效值, UN是感应电压的有效值。
第3章干扰耦合机理
图 3-6 感应电压取决于回路包围的面积S
第3章干扰耦合机理
因为BS cosθ表示耦合到敏感电路的总磁通量, 所以能够把(3-14)式和(3-16)式结合起来, 用两电路之间的互感M来表示感应电压UN,

1
R(C12 C2G )
(3-7)
(3-4)式就给出了是实际骚扰电压UN((3-3)式的值)的 2 倍
的骚扰电压值。在几乎所有的实际情况中, 频率总是小于
(3-7)式所表示的频率, (3-4) 式表示的骚扰电压UN总是适合的。
第3章干扰耦合机理
图 3-4 电容性骚扰耦合与频率的关系
第3章干扰耦合机理
UN

C12
C12 C2G
C2S U1
(3-10)
第3章干扰耦合机理
C12的值取决于导体2延伸到屏蔽体外的那一部分的长度。良好的电场屏蔽必须使导体2延伸到屏蔽体外的那一部分的长度最小, 必须提供屏蔽体的良好接地。假定电缆的长度小于一个波长, 单点接地就可以实现良好的屏蔽体接地。对于长电缆, 多点接地是必须的。
第3章干扰耦合机理
图 3-5 导体2 具有屏蔽体时两导线间电容性耦合模型
第3章干扰耦合机理
首先考虑导体2对地电阻为无限大的值, 导体2完全屏蔽, 此时C12、 C2G均为零。由图3-5(b)可知, 屏蔽体耦合到的骚扰电压US为
US

C1S C1S CSC
U1
(3-8)

电缆工程中的电磁干扰问题及解决方法

电缆工程中的电磁干扰问题及解决方法在当今的科技时代，电缆工程在电力传输、通信、自动化控制等众多领域中发挥着至关重要的作用。

然而，随着电子设备的广泛应用和电磁环境的日益复杂，电磁干扰问题逐渐成为电缆工程中不可忽视的挑战。

电磁干扰不仅可能影响电缆系统的正常运行，还可能导致信号失真、数据错误甚至设备故障，给生产和生活带来诸多不便和安全隐患。

一、电磁干扰的来源电磁干扰的来源多种多样，了解这些来源是解决电磁干扰问题的关键。

1、自然干扰源自然界中的雷电、太阳黑子活动以及宇宙射线等都属于自然干扰源。

雷电放电时会产生强大的电磁场，可能直接耦合到电缆中，造成瞬间的高电压和大电流冲击。

太阳黑子活动和宇宙射线则可能对卫星通信等长距离电缆传输造成影响。

2、人为干扰源（1）电力设备如变压器、发电机、电动机等在运行过程中会产生电磁场。

特别是在开关操作时，会引起瞬间的电磁脉冲。

（2）电子设备各种电子设备如计算机、手机、电视等在工作时会向外辐射电磁波。

这些电磁波可能通过空间耦合或电源线传导进入电缆系统。

（3）电力传输系统高压输电线路中的电流会产生磁场，当与电缆线路接近时，可能会通过互感和电容耦合产生干扰。

二、电磁干扰的传播途径电磁干扰主要通过以下几种途径传播：1、传导干扰电磁干扰通过电源线、信号线等导体直接传播。

例如，一台设备产生的干扰电流可以通过电源线传导到电网中，进而影响连接在同一电网中的其他设备。

2、辐射干扰干扰源以电磁波的形式向空间辐射能量，被电缆接收从而产生干扰。

常见的辐射干扰源有广播电台、雷达等。

3、感应耦合包括电感耦合和电容耦合。

电感耦合是指当干扰源的电流变化时，通过互感在被干扰线路中产生感应电动势；电容耦合则是通过干扰源与被干扰线路之间的分布电容形成电流通路。

三、电磁干扰对电缆工程的影响电磁干扰对电缆工程的影响主要体现在以下几个方面：1、信号失真干扰信号可能叠加在有用信号上，导致信号波形发生畸变，从而影响信号的准确性和可靠性。

高频环境对电缆电性能影响的分析

线缆缺陷应在10米处，经实际测量无误。

图1 结构回波数据破坏前后对比
■■3.2■高低频下缺陷影响
公式（2）可以看出当工作频率很低时，缺陷需要很长的间隔才能对电缆产生影响。

设频率50Hz，εe为2.3，间隔需1973684m处出现才会真正影响到电缆性能。

如果设频率30MHz，εe为2.3，间隔仅3.3m处出现就会影响电缆性能。

4.减小周期性缺陷影响的措施
解决周期性缺陷对高频电缆的影响，除了降低结构波动幅度外，导体用多股绞合线，制造时绝缘会嵌入间隙，从而使导体绝缘相互间位置固定；也可以生产黏连性绝缘，平行。

超高压输电线路的电场与电磁辐射分析

超高压输电线路的电场与电磁辐射分析随着现代科技的不断发展和城市化进程的加速，全球各地的电力需求不断增加。

越来越多的人们需要电力来满足日常生活和生产需要，而电力从发电站到用户家中需要通过复杂的输电网络来传输。

这其中最为关键的一环便是输电线路。

而在输电线路中，超高压输电线路是一种非常重要的形式。

但是由于其超高的电压和大电流的特点，超高压输电线路也伴随着较强的电场和电磁辐射。

因此，对于超高压输电线路的电场和电磁辐射的分析，将有助于更好地管理和维护这一重要的电力基础设施。

一、超高压输电线路的电场分析超高压输电线路中的电场主要来自于输电线路的电荷和外界电场的影响。

因此，超高压输电线路的电场分析需要考虑各种影响因素。

其中，最为重要的是空气介质的特性、输电线路的几何形状和电荷分布以及可接地性等因素。

首先，空气介质的特性对超高压输电线路电场的形成和分布具有重要作用。

由于空气介质的介电常数与电场密切相关，因此空气介质的特性对于电场的形成和分布具有重要影响。

其次，输电线路的几何形状和电荷分布对于电场分析也是非常重要。

这些因素直接影响着输电线路上电场的分布情况和强度大小。

因此，在电场分析中，需要考虑输电线路所处的环境、线路的布置形式以及电荷分布等因素。

最后，超高压输电线路的可接地性也是电场分析的重要因素之一。

因为超高压输电线路存在电容效应，所以在进行电场分析时需要考虑到线路的接地体系对于电场分布的影响。

二、超高压输电线路的电磁辐射分析与电场分析相比，超高压输电线路的电磁辐射分析更为复杂。

因为电磁辐射不仅存在于输电线路自身，还受到外部因素的影响。

因此，电磁辐射分析需要综合考虑多种因素，包括输电线路电流、几何形状、接地体系及周围环境等。

首先，输电线路电流是电磁辐射的主要来源。

具体来说，线路上的电流会导致周围空间中的磁场和电场发生变化，从而产生电磁辐射。

因此，在进行电磁辐射分析时，需要考虑到线路的电流强度和频率对于电磁辐射的影响。

同轴电缆EMI耦合效应

同轴电缆EMI耦合效应同轴电缆EMI耦合效应EMI（Electromagnetic Interference）是指电子设备之间由于电磁场的辐射和传导而产生的相互干扰现象。

而同轴电缆是一种用于传输高频信号的电缆，其内部有一层屏蔽层能够很好地抵御外部电磁干扰。

然而，在一些极端的情况下，同轴电缆的EMI耦合效应仍然可能出现。

下面将逐步分析同轴电缆EMI耦合效应的原因和影响。

首先，了解同轴电缆的结构是理解EMI耦合效应的基础。

同轴电缆由内部导体、绝缘层、屏蔽层和外部绝缘层组成。

内部导体负责传输信号，绝缘层主要用于防止信号损耗，而屏蔽层则起到阻挡外部电磁辐射的作用。

其次，同轴电缆的EMI耦合效应主要由两种形式产生。

一种是由于外部电磁场的辐射导致的辐射耦合，另一种是由于外部电磁场通过电缆的屏蔽层进入到内部导体中而产生的传导耦合。

在外部电磁场的辐射耦合中，当同轴电缆附近存在较强的电磁辐射源时，电磁场会穿透屏蔽层，进入到内部导体中，从而产生干扰信号。

这种干扰信号会与原始信号叠加在一起，导致信号的失真和噪声的增加。

因此，为了减少这种辐射耦合效应，可以在同轴电缆的屏蔽层上增加更加密集的屏蔽结构，提高屏蔽效果。

在传导耦合中，外部电磁场通过同轴电缆的屏蔽层进入到内部导体中，然后再传输到其他电子设备中。

这种传导耦合效应往往是由于屏蔽层的接地不良或屏蔽层的破损导致的。

为了减少传导耦合效应，需要确保屏蔽层与地线之间的良好接触，同时定期检查和更换破损的屏蔽层。

EMI耦合效应对于同轴电缆的正常工作和信号传输有着重要的影响。

首先，它会引起信号的失真和噪声的增加，降低信号的质量和可靠性。

其次，EMI耦合效应还可能导致电子设备的故障和损坏，影响系统的稳定性和可靠性。

为了解决同轴电缆的EMI耦合效应问题，可以采取以下措施。

首先，选择屏蔽效果好的同轴电缆，并确保其正确安装和接地。

其次，可以添加额外的屏蔽材料或屏蔽结构，提高屏蔽效果。

此外，也可以采用滤波器或抑制器等电子元件来降低EMI干扰。

超导电缆的电磁热耦合分析

超导电缆的电磁热耦合分析引言超导电缆是一种应用于输电和能源传输领域的新型电力设备。

相比传统的电力输送方式，超导电缆具有更高的传输效率和更小的能量损耗。

然而，由于超导电缆在工作过程中会产生大量的热量，电磁场与热场之间存在耦合效应，这对超导电缆的性能和稳定性产生了重要影响。

因此，深入研究超导电缆的电磁热耦合机理对于提高其工作效率和可靠性具有重要意义。

一、超导电缆的基本原理超导电缆是利用超导材料的特殊性质来传输电能的一种设备。

超导材料在低温下能够表现出零电阻和完全抗磁性，因此在超导电缆中，电流能够在超导材料内部无阻力地流动，从而降低能量损耗。

超导电缆由导体、超导材料、绝缘层和保护层等组成。

二、超导电缆的电磁场分析超导电缆在工作过程中会产生强烈的电磁场，对周围环境和设备产生一定的影响。

因此，对超导电缆的电磁场进行分析和优化是非常重要的。

1. 电磁场分布分析超导电缆的电磁场分布与电流分布和材料特性密切相关。

在传输电流的过程中，超导材料内部的电流密度分布不均匀，导致电磁场分布也不均匀。

通过数值模拟和实验测试，可以得到超导电缆的电磁场分布情况，并根据需要进行优化设计。

2. 电磁场与周围环境的相互作用超导电缆的电磁场与周围环境的相互作用会产生一系列的问题，如电磁辐射、电磁干扰等。

为了减小这些问题的影响，需要对超导电缆的电磁场进行合理的控制和调节。

三、超导电缆的热场分析超导电缆在工作过程中会产生大量的热量，这对超导材料的性能和稳定性产生重要影响。

因此，对超导电缆的热场进行分析和优化是非常重要的。

1. 热场分布分析超导电缆的热场分布与电流分布、材料特性和环境条件等因素密切相关。

通过数值模拟和实验测试，可以得到超导电缆的热场分布情况，并根据需要进行优化设计。

2. 热场与超导性能的关系超导材料在低温下才能表现出零电阻和完全抗磁性的特性。

因此，超导电缆的热场对超导材料的性能和稳定性具有重要影响。

合理控制和调节超导电缆的热场分布，可以提高超导材料的工作效率和可靠性。

多芯电缆耦合外界强电磁场规律研究

多芯电缆耦合外界强电磁场规律研究王川川;朱长青;谷志锋;孔鹏【摘要】Cable is usually used to transfer control or communication signals, and often interfered by external electromagnetic field. In order to research the laws of multi-core cable coupling with an external electromagnetic field, MTL equations are decoupled by matrix similarity transformation method, then the time solutions of the induced currents are gotten by fast Fourier transform technique. The factors that affect the induced currents such as cable length, height, earth parameters, incidence angles of EMP and conductance of cable core lines are analyzed. By comparison with correlated method, the implement of algorithm in present paper is simple, and it is convenient to be used on the research of cable coupling with electromagnetic field. The results in present paper has some reference value in electromagnetic protection of cables used by electric power, communication, etc.%电缆通常用于传输控制和通讯等信号,往往成为外界电磁场的干扰对象.为研究多芯电缆对外界电磁场的耦合响应规律,利用矩阵相似变换法对多导体传输线方程进行解耦,采用快速傅立叶逆变换技术,求得多导体电缆感应电流的时域解；着重分析了电缆长度、架设高度、土壤参数、电磁脉冲入射角度及芯线电导率对电缆感应电流大小的影响.同相关理论与方法比较,本文算法实现过程较简单,适于处理多导体电缆场线耦合问题.【期刊名称】《西北师范大学学报（自然科学版）》【年(卷),期】2011(047)006【总页数】6页(P30-35)【关键词】多芯电缆;电磁场;傅立叶逆变换;多导体传输线;矩阵相似变换;电磁脉冲【作者】王川川;朱长青;谷志锋;孔鹏【作者单位】军械工程学院电气工程系,河北石家庄050003;军械工程学院电气工程系,河北石家庄050003;军械工程学院电气工程系,河北石家庄050003;军械工程学院电气工程系,河北石家庄050003【正文语种】中文【中图分类】TM15目前，存在各种类型的强瞬态辐射电磁脉冲，如高空核爆电磁脉冲（HEMP）、雷电电磁脉冲（LEMP）等.地面电子设备若处在这种环境中，其传输线缆、天线等可能感应强大的瞬态电流和电压，从而对系统工作造成干扰和损伤［1］.近年来，国内采用传输线方程和时域有限差分（FDTD）方法分别研究了地面附近单根架空线缆的电磁脉冲效应，对于多导体线缆的电磁脉冲效应研究还明显不够.比较而言，传输线理论是一种实用高效的求解手段.基于Maxwell旋度方程的不同变换表达，主要有3种传输线模型表达形式，分别由Taylor，Agrawal和Rachidi等给出［2］，这3种模型在计算场线耦合问题上基本是等效的，但应用时仍有一些区别.本文依据Agrawal模型，采用传输线矩阵相似变换法对多导体传输线方程进行解耦，推导出架设在损耗大地上的多导体电缆在高空核电磁脉冲（HEMP）激励下电缆末端的感应电流频域解，然后采用快速傅立叶逆变换技术，导出其时域解，最后重点分析了电缆长度、高度、大地参数、电磁脉冲入射角度及电缆材料参数对感应电流强弱的影响.架设在地面上的多芯电缆如图1所示，电缆有（3＋1）个芯线，其中3根为信号线，1根为参考导体，其长度均为L，离地高度为h，芯线与参考导体之间的阻抗分别为Z1和Z2.设激励源幅度为E0的任意极化HEMP平面波的极化角、方位角和俯仰角分别为α，φ，ψ，土壤电导率为σg，相对介电常数为εg，电缆芯线的电导率为σw.线缆上n个电压和电流矢量分别用V（x）和I（x）表示，则Agrawal模型的频域传输线耦合方程组为其中，Z＝R＋jωL为电缆单位长阻抗矩阵，Y＋G＋jωC为单位长导纳矩阵.上式形式与一阶电路全响应的形式类同，因此可以借助于状态转移矩阵的概念求解该方程.在负载端，状态转移矩阵（8）中各子矩阵可参考文献［5］.由（8）式，两个负载端电流和电压可写为（9）式等号右边第二项是“零状态响应”项，展开为：方程（1）中的Z和Y均为满秩矩阵，各芯线上电压、电流相互耦合.由于直接求解非常复杂，这里采取相模变换方法将方程解耦.通过矩阵T将电流和电压矢量I （x），V（x）变换为模电流和模电压Im（x），V m（x），解耦的模量在各线缆上的传播为指数形式并满足叠加关系.相似变换矩阵T和传播常数矩阵γ存在以下关系：即T将矩阵YZ对角化，γ为YZ对角化矩阵的开方.在外界入射场的辐照下，为求解线缆上任意位置x处的电压和电流，可以将入射场在芯线中的感应等效为在芯线x位置处的集总等效电流和电压源.比如若求解芯线L处端接负载的电流和电压，则根据（9）的形式，可将外场激励的贡献等效为线缆端点L处的集总源V sT（L）和IsT（L），如图2所示，然后再由（9）～（12）式，结合Agrawal模型的边界条件，通过下式求得线上前向和后向模量的传播常数C＋m和C－m：其中，特征阻抗矩阵为Zc＝ZTγ－1T－1，V s和V L为端接集总源，本文都设为0.求得传播常数，就可以得到负载端的电流和电压：通过上述推导，建立了多芯电缆首、末端感应电压和电流的求解公式.设被研究电缆绝缘层是无损的，芯线电导率σw＝5.82×107 S／m，绝缘层相对介电常数εr＝3.8.土壤电导率σg＝10－3 S／m，相对介电常数εg＝10.电缆绝缘层、芯线及土壤的相对磁导率都为1.根据文献［5］，算得电缆分布参数为设电缆长L＝20 m，架高h＝0.1 m，两端接阻抗矩阵为设入射电磁脉冲为双指数形式［8］，表达式为E0（t）＝kE（e－αt－e－βt），峰值场强E＝50 k V／m，k＝1.05，α＝4×106，β＝4.76×108，入射极化角α＝0，方位角φ＝0，俯仰角ψ＝π／3.为了验证本文方法及计算结果的正确性，笔者根据以上参数设置，分别利用Taylor模型和Agrawal模型计算了电缆负载端的感应电流，结果如图3所示.从图3（a）和（b）的对比可看出，两种模型的计算结果十分相似，这证明了本文所采用方法及计算结果的可靠性.为了解多芯电缆感应信号的变化规律，笔者对电缆长度、架设高度等的影响进行了详细分析.其余仿真参数不变，当电缆长度变化时，芯线3末端电流如图4所示.可以看出，感应电流随电缆长度增加而变大，且脉宽变大.这主要是因为，电缆长度增大，外界电磁场在电缆上感应出的等效分布激励源增多，感应电流由于叠加效应而变大.感应电流的振荡周期由电缆长度和电磁波沿电缆的传播速度决定：T＝L／（2v），当其他条件相同时，v相同，因而T随电缆长度的增加而增加，即脉宽变大.其余仿真参数不变，当电缆高度变化时，芯线3末端电流如图5所示.可以看出，感应电流随高度而变大.这主要是因为当电缆离地面高度变大时，电缆、端接负载与大地组成的闭合面的面积将会变大，这意味着有更多的电磁场能量耦合到电缆上.由于入射电场在良导体表面才能被完全反射，而大地不是良导体，其表面处仍有电场分量，故置于地面上的线缆仍有感应.其余仿真参数不变，当大地参数变化时，芯线3末端电流如图6所示.可以看出：①随着大地相对介电常数的增大，感应电流呈减小趋势；②随着大地电导率的减小，感应电流呈增大趋势.这主要是因为随着大地相对介电常数和电导率的减小，地面对入射波的反射减弱，反射波的水平电场分量对空间入射波的水平电场分量抵消减小，使得耦合到电缆上的能量增多.其余仿真参数不变，当电磁场入射角度变化时，芯线3末端电流如图7所示.关于电流随电磁脉冲入射角度的变化，我们有以下变化规律：1）极化角α在［0，π／2］之间变化时，感应信号随α的增大而减小.极化角对入射电场在x轴方向的分量大小起到重要影响，当α为0时，电磁波为垂直极化波，入射电场方向平行于x轴，所以此时电流为最大值；当α为π／2时，此时电磁波的电场方向垂直于xOz平面，电磁波为水平极化波，电场在x轴上的分量为零，所以此时电流也为零.2）方位角φ在［0，π／2］之间变化时，感应信号随φ的增大而减小，当φ为0时达到最大值，这主要是由于当入射波方位角为0时电磁波总磁场方向刚好完全垂直于xOz平面，总电场的方向平行于x轴的正方向，从而使等效散射电压源达到最大.3）俯仰角ψ在［0，π／2］之间变化时，感应信号随ψ的增大而增大.俯仰角是入射波的传播方向与x Oy平面的夹角.当ψ为0时，由于α和φ也都为零，所以此时电磁波传播方向平行于z轴，电磁场的电场沿x轴的切向分量为0，入射波会在电缆两端的负载上产生两个等效电压源，这时电缆上的感应电流主要由这两个电压源产生；随着ψ的增大，电磁波电场在x轴切向分量也逐渐增大，由此带来电流幅值的增大.其余仿真参数不变，当电缆芯线电导率变化时，芯线3末端电流如图8所示.由图8可以看出，在导体电导率变化时，电缆末端电流没有变化，这是由于高频情况下线上电阻对电缆特征阻抗的贡献很小，导体电导率的变化对特征阻抗几乎没有影响，影响不到反射系数等重要参量，因而无法通过改变线缆材料来降低场线耦合效应. 本文基于Agrawal模型，利用传输线矩阵相似变换法和快速傅立叶逆变换技术，仿真计算了多芯电缆对高空核电磁脉冲（HEMP）的响应，详细研究了电缆埋地深度、大地参数、电缆参数及电磁脉冲入射角度等对电缆上感应电流的影响.本文算法实现过程比较简单，便于分析复杂的多导体电缆场线耦合问题，本文的研究方法和结果对于电力、通信等多导体电缆的架设及抗电磁干扰具有一定参考价值.【相关文献】［1］谢彦召，王赞基，王群书，等.架空多导体传输线缆的电磁脉冲响应计算［J］.清华大学学报：自然科学版，2006，46（4）：449－451.［2］IANOZ M.Review of new developments in the modeling of lightning electromagnetic effects on overhead lines and buried cables［J］.IEEE TransactionsonElectromagneticCompatibility，2007，49（2）：224－235.［3］倪谷炎，罗建书，李传胪.线－面传输线Taylor与Agrawal模型解的比较［J］.国防科技大学学报，2007，29（5）：111－116.［4］TESCHE F M，IANOZ M V，KARLSSONT.EMCAnalysisMethodsandComputationalModels［M］.New York：John Wiley ＆Sons，1997.［5］PAUL C R.AnalysisofMulticonductor TransmissionLines［M］.2nd Ed.New York：John Wiley ＆Sons，2007.［6］PAUL C R.A brief history of work in transmission lines for EMC applications［J］.IEEETransactions onElectromagneticCompatibility，2007，49（2）：237－252.［7］卢斌先，王泽忠.外场激励下多导体传输线响应的节点导纳分析法［J］.电工技术学报，2007，22（10）：145－149.［8］张刚，王立欣，刘超.一种求解屏蔽电缆场线耦合问题的混合方法［J］.电工技术学报，2010，25（5）：9－13.。

耦合电缆研究报告

耦合电缆研究报告1.前言耦合电缆是一种用于传递电信号和电力信号的电缆，广泛应用于工业自动化、仪器仪表等领域。

随着科技的发展，耦合电缆已经成为现代工业生产不可或缺的一部分，因此对其进行深入的研究和探讨具有重要意义。

2.耦合电缆的概述耦合电缆是指用于连接信号源和目标之间电机电缆或光缆与目标地之间的电缆，在实际应用中通常用作连接线缆，它不仅传递电信号，还传递了功率。

耦合电缆按照结构分类，可以分为铜芯耦合电缆、光纤耦合电缆、银箔耦合电缆等。

3.耦合电缆的特点3.1 高频率特性优异耦合电缆的高频特性主要与其固有频率相关，固有频率高的耦合电缆其高频特性越好。

耦合电缆具有较好的优化频响性能，它可以将信号在频段内传递，同时避免信号外泄和双向传输时的互相干扰。

3.2 抗干扰能力好耦合电缆在电磁干扰和信号干扰强烈的环境下，能够正常传输信号，表现出良好的抗干扰性能，因此被广泛应用于电子电器，机电一体化，医疗器械等高要求的领域。

3.3 延时误差小耦合电缆的传输延迟非常小，能够在短时间内将信号传输到目标位置，因此在要求响应速度较快的环境中具有非常重要的应用价值。

4.耦合电缆的应用4.1 传媒领域传媒领域是耦合电缆的一个重要应用领域。

在广播电视系统，较高音频和音频信号需要通过特殊的线缆才能传输，电力信号一般通过专用的变压器进行升压，如传输距离较长则使用铜芯耦合电缆。

4.2 工业自动化领域现代工业自动化领域中，存在着对传输功率和信号的需求，采用耦合电缆进行集成通讯控制，保证传输信号低噪声，低延迟等优良特性，使生产过程得到更加稳定，功能更加多样。

4.3 医疗仪器领域在医疗仪器领域，耦合电缆被广泛应用于影像式诊疗设备的内部和外部结构中，以保证信号质量的稳定传输。

例如，经皮肾镜是一种医疗器械，它用于电子显像器，利用银箔耦合电缆来进行控制和数据传输，以实现对器械内部的检测。

5.总结耦合电缆的发明使得信号的传输效率和舒适度大大提升。

随着科技的不断发展，耦合电缆在更广泛的应用中发挥着重要的作用。