【摘要】：在研究電子和通信等設備設施的雷擊電磁脈沖(LEMP)防護問題時,天線對雷擊電磁脈沖的耦合效應及對其的防護理論與技術是一大重點。而移動通信基站是電子通信運營網(wǎng)絡的基礎性設施,一直以來,雷電對其產(chǎn)生了頻繁且嚴重的威脅。因此對移動通信基站天線的電磁耦合特征和LEMP防護進行研究是十分有意義的。相對于雷電遠區(qū)電磁場,雷電的近區(qū)電磁場的分布要復雜許多,所以本文對雷電電磁場的研究重點放在了近區(qū)場�；诶纂娀負舻奶炀�理論模型和雙指數(shù)函數(shù)電流模型,本文首先通過CST Studio Suite(CST)電磁仿真軟件構建雷電通道-通信鐵塔和900MHz偶極子天線的仿真計算模型,針對不同高度的鐵塔、天線對地不同高度、天線與塔間不同的水平距離以及天線不同的極化方向?qū)﹂W電擊中通信鐵塔頂端避雷針時900MHz偶極子天線在閃電通道附近的耦合特性進行了詳細探討;然后設計了一款工作在900MHz的通信基站微帶天線并通過CST電磁仿真軟件建立了雷電通道-通信鐵塔和900MHz微帶天線的仿真計算模型,模擬了閃電擊中通信鐵塔頂端避雷針時該基站微帶天線在閃電通道附近的電磁耦合結果;最后基于通信基站微帶天線的工作極化方式提出了一種新型的用微帶天線水平極化的工作狀態(tài)來對LEMP進行防護的“主動式”防護構想。由以上分析,本文取得了如下成果:(1)天線在水平極化工作狀態(tài)時或其水平極化部分的感應電壓小,其后端信號基本可視作噪聲,而天線在垂直極化工作狀態(tài)時或其垂直極化部分的感應電壓則比天線水平極化的情況要大得多,最高的感應電壓可達到200V,甚至更高,足以對后端弱電設備、接口等產(chǎn)生威脅。(2)天線距離基站鐵塔頂部越遠,其后端感應電壓越小。在30m,25m,20m和15m常見高度的鐵塔頂端以下5m范圍內(nèi),天線的感應電壓會隨著天線靠近塔頂而快速的增大,而在5m范圍外,隨著天線遠離塔頂,其后端感應電壓均小幅度的變小直至基本不變。因此鐵塔在上述幾種常見高度下,鐵塔頂端以下5m均為閃電襲擊鐵塔避雷針時,閃電通過天線對后端設備致災/致?lián)p的較為危險的區(qū)域。(3)在常見高度的鐵塔頂端以下5m范圍內(nèi),天線距離鐵塔水平距離越近,天線后端的感應電壓變化率會越大。對于安裝在鐵塔頂端以下5m范圍以外的天線而言,無論其距離鐵塔多遠,天線與鐵塔間的水平距離對天線后端的感應電壓都無太大影響。(4)天線后端感應電壓峰值與其極化偏轉(zhuǎn)角成近似的線性關系,感應電壓峰值隨著極化偏轉(zhuǎn)角σ的變大而線性變小。并且,無論天線的對地高度為多少,隨著天線從垂直極化的工作狀態(tài)逐漸偏轉(zhuǎn)到水平極化的工作狀態(tài),即天線的極化偏轉(zhuǎn)角σ從0rad增加到rad時,天線后端的感應電壓峰值都會逐漸趨向于0 V。
【學位授予單位】：成都信息工程大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2018
【分類號】：TN828.6
【圖文】：

圖 2-1 雷電基電流時域波形數(shù)電流模型Bruce 和 Golde 提出了雷電流的雙指數(shù)模型[23]，表達 00 0( )exp exp 0ti tI t t t 數(shù)，由回擊速度與通道電荷密度等參數(shù)綜合確定流的實測波形，能很好地反映出雷電基電流的特相對簡單，是國家標準所規(guī)定的雷電流波形，被 函數(shù)電流模型 01 1 2(0, ) 1 expn nIi t t t t 電流峰值，n 為電流變化率因子， 為基電流峰值[25]

來表示未知函數(shù)，所以無限個自由度的原繼而用有限數(shù)目的未知系數(shù)來近似整個系方程得到原邊值問題的近似解。是 K. S. Yee[35]提出的一種在時域直接求well 方程中的兩個旋度方程用二階精度的方程。它的求解首先將計算空間離散，然間上進行離散。這一方法的最大優(yōu)點在于果,且可以分析任意復雜的媒質(zhì)�？汕蠼飧鞣N電磁場問題和從靜態(tài)場到時域 Maxwell 方程離散化，為求解方程需定割成許多網(wǎng)格單元。以正交六面體網(wǎng)格為互嵌套、互相正交的網(wǎng)格。在基網(wǎng)格的面網(wǎng)格的面上定義電通 d，棱上定義磁壓 h，

選用的基函數(shù)的線性組合并代入算子方程，最后用一程取矩量得到一個矩陣方程或者代數(shù)方程組，通過計對求解積分方程和微分方程都適用，其求解過程簡但是它計算量很大，會對研究造成不便。發(fā)射和接收和饋線構成的輻射系統(tǒng)被稱為天線[38-39]，它實際上是能量的能量轉(zhuǎn)換裝置，用來發(fā)射和接收電磁波。當天線中的高頻電流能量轉(zhuǎn)換為電磁波；當天線處于接收變成饋線中的高頻電流或電壓。圖 2-3 所示。其匹配網(wǎng)絡的輸入功率為mP ；經(jīng)過aP ；經(jīng)天線輻射流入自由空間的功率記作radP 。由一部分被反射，這部分反射功率記作refP 。而天 RenE H u dS ，其中S 是包含天線的封閉曲面。

【參考文獻】

相關期刊論文 前7條

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本文編號：2769009