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铁路机车孔缝和线缆耦合的电磁拓扑研究
| 论文题名： | 铁路机车孔缝和线缆耦合的电磁拓扑研究 |
| 关键词： | 电磁兼容;电磁拓扑;孔缝耦合;近场耦合;铁路机车 |
| 摘要： | 电磁拓扑学(EMT)在20世纪70年代中期由美国的C.E.Baum等人提出，主要用来防止高功率电磁脉冲(EMP)对现代电子系统的干扰和破坏。经过几十年的研究和发展，现在电磁拓扑学已经开始应用于其他领域，但是在铁路机车电力电子系统中，电磁拓扑学的应用尚处于起步阶段。本文基于电磁拓扑学的研究方法，对铁路机车电力电子系统的电磁兼容性进行了研究，重点是孔缝和电缆近场耦合问题。 本文首先简要介绍了电磁拓扑学的现状，分析问题的方法及优势，然后对铁路电力电子系统内部和外部的电磁环境进行了归纳和分析，并着重针对该系统中广泛存在的孔缝耦合和近场耦合问题加以研究，建立了具体的电磁拓扑模型，为以后解决此类问题带来了便利。 在铁路机车系统孔缝耦合问题上，采用电磁拓扑常用的解决电磁问题的方法，将辐射源看作一个节点，通过金属良导体构成的屏蔽墙上的小孔，将能量耦合到屏蔽墙另一侧的传输线上。为了分析方便，本文在传输线上增加了等效耦合节点，用于等效辐射源在传输线上的作用。最后通过分析传输线两端受到的干扰，来定性的判断孔缝耦合的干扰情况。基于电磁拓扑模型建立场路耦合模型，确定了各传输节点的状态函数和各传输通道的传输函数，利用BLT方程和扩展的BLT方程，推导出具有普遍意义的结论，数学建模并仿真。最后设计相应的实验，并辅以现有的理论知识对研究结果加以验证。 对于在铁路机车系统中同样普遍存在近场耦合问题，采用与孔缝耦合相同的分析思路，先画出由分布参数构成的电路结构图，再抽象为电磁拓扑图，确定各节点和传输通道。在传输函数的推导上，本文从电报方程出发，辅以已有的理论成果，利用高等数学和矩阵分析等相关知识，系统地给出了具体的推导分析过程。首次将BLT方程由只适用于远场的情况扩展到近场范围，得到了近场耦合的BLT方程。以多导体传输线为例，在完成数学公式推导的前提下用Matlab建立数学模型并仿真，设计相应的实验加以验证。 本文的主要贡献在于将铁路机车系统中的孔缝耦合问题和近场耦合问题模型化，尤其是提出了近场耦合的BLT方程，为以后用电磁拓扑方法分析整个机车系统提供了便利。同时对这两个问题进行了实验验证，证实了理论分析的有效性。 |
| 作者： | 许振玲 |
| 专业： | 通信与信息系统 |
| 导师： | 王国栋 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 北京交通大学 |
| 学位年度： | 2011 |
| 正文语种： | 中文 |
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