高空核爆电磁脉冲辐照下货运高铁内部电场环境分析

摘要

为提升复杂电磁环境下货运高铁车厢内部电磁敏感设备的安全性，以高空核爆电磁脉冲(high-altitude electromagnetic pulse, HEMP)为激励源，使用场路耦合的方法对货运高铁车厢内含有直流-直流(direct current to direct current, DC/DC)转换器的电源机箱内部PCB的电场强度及感应电流进行分析。首先，在电磁仿真软件中建立货运高铁电场环境仿真模型；其次，将机箱放置于车厢内部不同位置，使用HEMP从上部和侧面2个方向对车厢进行辐照，采用有限积分法(FIT)预测HEMP辐照下车厢内部的电场分布并计算机箱内部感应电场强度；然后，使用法兰同轴装置法分析在30～300 MHz内机箱铝合金材质的屏蔽效能；最后，利用场路耦合的方法得到机箱内部PCB电路板的电场强度以及感应电流。结果表明：电场峰值为50 kV/m的HEMP,在距离核爆点水平距离30 km处侧面辐照车厢时，车厢中间靠近车窗位置的电场强度较大；3A21铝含量机箱可有效抑制电场干扰；机箱内部PCB电路板上感应电流峰值为1.9 mA,符合GB 17625.1—2022标准要求；机箱内部PCB电路板上电场强度峰值为270 V/m时，PCB电路工作正常，没有偏离规定的指标值，符合GJB 151B—2013标准中RS103电场辐射敏感度要求。研究结果可为HEMP辐照条件下高铁货物运输电的磁防护提供依据。

关键词

电磁学 / 货运高铁 / 高空核爆电磁脉冲 / 电场环境 / 屏蔽作用