魏 明 孫永衛(wèi) 魏光輝 韓玉海 來(lái)源：《電子技術(shù)應(yīng)用》

     摘要：基于基爾霍夫定律和需要模擬的閃電磁場(chǎng)，計(jì)算了螺多管線圈的參數(shù)，制作了一個(gè)脈沖線圈對(duì)雷電脈沖磁場(chǎng)進(jìn)行模擬；并根據(jù)電磁感應(yīng)定律繞制了一個(gè)小的探測(cè)點(diǎn)線圈，對(duì)脈沖圈的磁場(chǎng)環(huán)境進(jìn)行了測(cè)量。表明脈沖線圈內(nèi)的磁場(chǎng)參數(shù)與理論計(jì)算基本吻合，且能夠在大線圈內(nèi)提供一定的均勻場(chǎng)環(huán)境，以對(duì)敏感器件進(jìn)行電磁效應(yīng)試驗(yàn)。

     關(guān)鍵詞：螺線管線圈

     雷電電磁脈沖（lemp） 點(diǎn)線圈

     閃電是一種強(qiáng)烈的瞬時(shí)放電現(xiàn)象，發(fā)生頻率很高，全球每秒約發(fā)生1000次。在發(fā)生閃擊時(shí)，閃電通道中會(huì)有高達(dá)幾百萬(wàn)v的脈沖電壓、幾萬(wàn)a的脈沖電流，電流上升率會(huì)達(dá)到幾萬(wàn)a/μs，所以在閃電通道周圍的空間會(huì)產(chǎn)生強(qiáng)烈的閃電電磁脈沖（lemp）[1]。隨著微電子技術(shù)和信息產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，lemp對(duì)各種含有微電子器件的電子產(chǎn)品和電氣產(chǎn)品的威脅越來(lái)越嚴(yán)重，對(duì)人類造成的損失逐年增加，對(duì)人們的生產(chǎn)和生活產(chǎn)生了嚴(yán)重的影響。所以，模擬閃電的脈沖磁場(chǎng)環(huán)境，對(duì)敏感器件進(jìn)行l(wèi)emp的敏感度試驗(yàn)，顯得非常有意義[2～3]。

     1 脈沖磁場(chǎng)的模擬

     在模擬脈沖磁場(chǎng)時(shí)，采用了向細(xì)銅絲繞制的螺線管注入浪涌電流的方法。浪涌電流由一臺(tái)日本生產(chǎn)的三基雷擊浪涌發(fā)生器產(chǎn)生，該發(fā)生器可以由不同的電容組合產(chǎn)生不同的浪涌波形。選擇模擬8/20μs的雷電流波形[4]。在注入浪涌電流后，忽略螺線管線圈的電容效應(yīng)，其等效電路如圖1所示。線圈電感為：

     l=μ0n2πd2/h

     （1）

     電阻為：

     r=2dnρ/d

     2 (2)

     其中，d為線圈直徑，h是線圈長(zhǎng)度，d為銅線的半徑，ρ是其電阻率（對(duì)于銅線而言，ρ為1.6×10-8ω/m），n為線圈匝數(shù)。

     注入浪涌電流后，線圈上的電路方程為：

     （4）式中，ε表示的電壓為加到線圈兩端的電壓。

     把（4）式帶入（3）式得到新開浪涌注入后線圈中的電流：

     要讓線圈上的電流與在線圈上所加的雷電波波形一致，那么得讓第三項(xiàng)為0或者比較小。這有兩種途徑，一是讓我第三項(xiàng)的指數(shù)項(xiàng)為0，二是讓其系數(shù)為0。

     我們發(fā)現(xiàn)當(dāng)r/l=(2dnρ/d2)/（μ0n2πd2/h）=2ρh/(μ0πd2nd)>>

     β>α?xí)r，則第三項(xiàng)的指數(shù)項(xiàng)比前兩項(xiàng)小得多，基本可以忽略；與此同時(shí)，第三項(xiàng)的系數(shù)也接近為0。的怪（5）式中只有第一項(xiàng)和第二項(xiàng)起作用，由此可見，回路電流也大對(duì)致為與所加電壓波接近的雙指數(shù)函數(shù)，其峰值在：

     在忽略第三項(xiàng)之后，電流可以近似為：

     i(t)=x1·e-αt-e-βt

     (7)

     其中，x1≈x2≈（ε0）/r

     所以回路電流為：

     而無(wú)限長(zhǎng)螺線管內(nèi)的磁場(chǎng)與電流關(guān)系為：

     h=ni=n[(ε0)/r]

     (9)

     即：ε=hr/n

     （10）

     其中，n為螺線管單位長(zhǎng)度上的線圈匝數(shù)。

     所以根據(jù)計(jì)算得出的某處磁場(chǎng)的強(qiáng)度就可以近似地知道所要加到線圈上的電壓。根據(jù)對(duì)不同情況下的閃電電磁場(chǎng)的計(jì)算，繞制了長(zhǎng)50cm、匝數(shù)為10、直徑為30cm的脈沖線圈。

     2 脈沖磁場(chǎng)的測(cè)量

     通過理論對(duì)線圈的參數(shù)和磁場(chǎng)波形