雷电电磁场FDTD分析
本文通过对影响电磁环境的自然雷电进行建模，研究了雷电放电过程中电磁辐射(LEMP)场强的理论计算和数值计算方法，并实现了雷电电磁场的计算，模拟了雷电电磁场的分布规律。主要研究内容包括以下方面。
在雷电流建模方面，首先探讨了自然雷电的形成，然后对雷电回击电流的六种工程模型进行了计算和讨论，阐述了各种模型的特点，确定本文研究模型为MTLL工程模型，并给出了MTLL模型的基电流和雷电流波形及其表达式。
在雷电电磁场的理论计算方面，采用Quasi-Images算法和偶极子方法。运用这两种方法，详细讨论了垂直放电通道的麦克斯韦方程组的求解过程。通过建立雷电偶极子模型，得到了空间任意场点的水平电场Er、垂直电场Ez和切向磁场Bφ的微分表达式。对于地面场点则直接导出了Ez和Bφ的解析公式。
在雷电电磁场的数值计算方面，通过在时间和空间上对雷电流进行离散，运用有限差分时域(FDTD)法对雷电放电空间进行离散，得到了整个空间的雷电电磁场强度。并通过误差曲线，对偶极子算法及数值算法的误差以及各自的优缺点进行了对比分析，结果说明数值方法的计算结果与精确的解析解是一致的。此外，本文还研究了回击速度、通道高度和大地电容率等参数对雷电回击电磁场的影响。并初步探讨了雷电电磁脉冲对电子设备的危害及其防护措施。
最后，对本文的研究工作进行了总结，指出了本文研究的创新点，即：找到一种数值计算方法，即时域有限差分法求解雷电空间任意场点的电磁场；并与偶极子算法进行比较分析，证明了该算法的正确性和有效性。在此基础上，初步分析了回击速度、通道高度和大地电导率等参数对雷电回击电磁场的影响。此外，本文还提出了进一步研究中亟待解决的问题。
雷电;电磁场;磁场分布;雷电流建模;偶极子方法;有限差分时域法
中国海洋大学
硕士
通信与信息系统
赵犁丰;赵振维
2008
中文
TM153.1
64
2008-12-08（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）