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雷电电磁脉冲
V. Amoruso, F. Lattarulo*
摘要：文中对返回行程的电磁脉冲性能进行研究，特别适用于天线线路的干涉过程在接近通道的关键位置的定位。由于电流偶极子产生的基本场一般是叠加的，如果从一条线沿通道进行积分是有偏差的，这主要是因为通道消失前电流是上升的。最终意图是提供，用一个确切的和简单的方式确定闪电放电通道模型来替代以前的模型。具体而言，只有垂直分量的辐射场被发现显着参与耦合机制。而且,文中提到了一种改进的雷雨云内部消耗N区域的基本模型以此来解释LEMP的静态特征。最后，文中还讨论了自然和触发闪电消失时可能产生的影响。对这样的复杂问题进行了合理的陈述。
关键字：电磁兼容 雷电 线状天线 雷电电磁脉冲 耦合 感应电压 附近线缆
介绍
闪电有很高的不确定性是很少有人了解的发展在一个雷雨云或一片雷雨云中的电气化过程（见，例如文献。[ 1,2 ]）。因此，所涉及的物理机制的过程被描述为存疑的模型，此外，由于只有部分的验证实验，在很大程度上缺乏相关的数据库。现如今被作为一个普遍的结果进行应用，包括有效的设计保护或防御系统，其仍然需要进行修订和优化。
目前的分析，主要关注的是回击过程的电磁波，是不是要放弃过去的主题，也不是一个详尽的描述的励磁磁场，和相关联的，由明确的处理。相反，目的是为一个合适的公式的参数的基本电磁模型选择一个有有效的限制，而不是忽视。（根据由拉科夫和乌曼[ 3 ]给出的分类）。这个励磁磁场通过简单的时间依赖性表达从“精确”源公式导出的关系（3节）与可持续的物理结合假设（第2和4）。由此产生的处理方式在电磁兼容应用时问题特别明显，在这种情况下，通过减少计算的过程来描述干扰机制是解决问题的先决条件。
引用的例子附近的线将被视为讨论感应电压(第五节)。评估后者物理量也被假定为补充测试初步的领域模型。将执行验证治疗利用可用数据的基本特征推导,在某种意义上,平均波形和峰值数量形式参考数据的集合。因为自然闪电是主题处理,在这种情况下,字段可用波形图和电路底座电流和位置不相关的数据。结果,得到拟合可以不可靠的结果,论述采用任意组合的可调参数,执行的范围也不确定性分隔。此外,当采用人工触发闪电干扰测试,在这种情况下,上述部分克服困难,给定的响应并不是一个令人满意的复制品,源自自然闪电一次尝试,基于一些暗示的性质目前的模型中,其争议在于选择一些参数使声称相似自然和发闪电 (6节)。
与之前的调查,准静态电磁场分量的来源将推断只是活跃中风时达到雷云的心。因此,包括字段组件预计贡献略附近横向扩展时的耦合机制。自准静态字段消失速度作为观察者的立场,上面的假设意味着激发辐射场可以限制组件,不管实际的水平扩展。因此,耦合机制及相关LEMP)被证明是描述了一个简单的处理方式。分别只有报务员的原始方法的(thusdeprived)活跃的组件,请参阅第五节)和一个不成熟的TE波的初步表现(第三节)。
然而,上述基本模型的一个改进版本是简要介绍为了completness附录。一组波形图,在选定的距离范围从引人注目点,报道和评论。值得考虑,一个好的实验轮廓拟合得到模型包括,到较低的通道,在云一起消耗剩余电场。
2雷电物理学
2.1电晕活动
与一些说法相反（见，文献[ 4 ]），电离区半径放电电弧周围预计只占很薄的一层。事实上，在发光电晕鞘的外部半径是确定是独立的，或只有轻微的依赖，外加电压和限制功率比例（根据裁判的经验公式。[ 6,7 ]）。因此，并与保持同一量级（毫米），这意味着一个弧下电晕仍然可以模拟良好的导电性能的纤维通道。因此，一个稳定的辉光式电晕被剥夺了生动的和细长的径向流光，与光学观测协议，适当的电晕活动中央弧[ 8 ]。考虑一下，其实，回程在预电离通道，提出负离子不仅是重要的生产电晕活动的初始电子，也是造成全部电晕活动形成薄的辉光。实验室电压斩波技术[8,9]，通常应用于在环境空气电极生产长流光，并引导其转化。
2.2电流速度
假设垂直的放电通道的中心带有显著地放电电流则有：
(1)
式（1），这是一个传输线模型的一致性适用于嵌入在介质中的信道的情况自由空间磁导率，代表单位长度电感。相应的电容成为:
(2)
表示初始充电电压，自由空间介电常数和升（电荷）电荷分布降低引导。
有（1）和（2）得：
（3）
然后对和进行对数运算。在这里,v和c表示电流的传播速度和自由空间光的速度。因此，方程（3）的建议随着速度的增加，任何实质性的下降都会增加只有一个不切实际的扩大的电晕结果半径（见，例如参考文献[ 4 ]）。
相反，检测到的减速，从关于接近地面的平均值为建立，这里有人主张依靠一分钟弧扭曲叠加到大型违规典型展出的渠道[ 5 ]。这样一个分形性质二阶蛇纹被周围的光环所掩盖，
这可能出现扩大。因此，相关实际传输时间，控制在看不见的曲折，在可见的缩短延长放电，导致检测速度明显降低。一个额外的减少来自更换可见锯齿状的圆弧与直线模型。一些在评估真正的传播速度的难度也从观察者的延迟估计的这个向上的回程[ 10 ]高度。
从上可以总结得到：
（a）对于工程应用，奇数形通道可以更换一个垂直导电丝上述地面，提供真正的传播
放电电流的速度几乎是用体积代替其中。
（b）根据丝状表示通道的条件，可忽略不计的横截面尺寸的通道（电晕鞘）。
2.3地面性质
闪电打击的地区大概也暴露暴雨。因此，导电性能放电需要的地球周围的部分适当的检测。使用Archie的经验法，或观察可用电导率数据在水的功能内容，让欣赏的相当大的影响，关于混合电导率，一些水的参数和性能，如它的量，盐度获得和渗透模式[ 11 ]。虽然导电性增强被限制在一个肤浅的在下半空间的深度，忽略了实践体积电导率估计不大影响模型
精度。事实上，流动的正电荷，初步在地球湿的静电平衡沉积表面，即使在返回冲程时也要做平面相位，即在突然的电荷浓度向通道底部流动。这样的假设是解释的静电吸引，产生的
雷云同行对陆地的指控，甚至在动态阶段。事实上，它是值得指出的这在云区是收取高达几十库仑，数量远远超出的数额实际上被回击（一个数量级）。因此，垂直静电吸引力的地上了预期的正电荷不会消失返回冲程相位。这意味着地面的流动收费应限制在外湿层，即
在一个显着增强的导电性，随之而来丰富的降水，促进了。由于的湿表面的相当大的尺寸相比到限制域，围绕一个闪光，在那里长线的电磁冲击主要是重要的是，增强的土壤电导率是允许的实际上是在潮湿的表面，即在整个越过线的大范围的地区。
在所描述的情况下，电导率问题是估计接近10-2秒/米，这意味着，正如其他理论上的验证（见，例如参考文献[ 12 ]），即：
（c）对于实际应用，地球的湿表面可以，被假定为一个完美的行为平面，不论有损体积或表面趋势中恢复公平条件下的性能。
3天线模型
3.1基本模型
一个细长的光谱含量相关的放电引发了一种电流，载着薄丝天线作为一种适当的电磁波描述符。因此，它是重要的构成相关的边界值问题，特别注意的是，在这种情况下，援助的先进
天线理论评论，报告模式范例，推荐。影响一个值得商榷的问题励磁磁场的计算与未知时空分布规律为当前沿通道。让我们假设当前的分布是正确地分配为例，为非齐次的结果麦斯威尔方程关联到一个积分配方，然后应用到一个通常的领域计算基于单元电流的结构划分偶极子。让我们也假设，服从边界均匀的直接解存在的条件麦斯威尔方程组的分离方法变量。在所描述的情况下，两者固有的近似和固有的精确解，分别导致几乎相同的结果。
在著名的批判在文献[ 13 ]中发现下面的治疗，不幸的是，上述完美的二元性不适用。任意的初始原因一种数值解的性质，用于当前分布，适用于积分公式。尽管如此，它已确定了补充场的计算，涉及沿着通道线积分，总是给出一个二阶误差影响的整体辐射模式，即使使用当前分布的一阶误差（见，例如，参考文献。[14,15]）。然而，还有一个更进一步的远远低估了，争论（后来讨论），这使得线积分，表示元素的叠加目前的偶极子场，不恰当的，如果目前的前面没有完成沿天线的旅行。这样的一个缺点是至关重要的，如果应用程序是一个闪电通道，在这种情况下，所需的时间去旅行长度和隐含的动态不能被忽视。
另一方面，独特的建议准确方法是治疗部分的情况的财产传播和完全传播的电流与相同的
置信度。此外，执政的时间依赖性公式适用于一个简单而详尽的模拟物理机制的解释。
根据陈述（a）和（b），图1显示简单的表示一个闪电通道一端直丝（飞机临时取消
和渠道垂直度故意忽视了）。
灯丝是与速度，由电流冲击的冲击在原点Zfrac14;0：边界表面被假定为圆锥形，即使这个属性为微不足道采用线状导体。换句话说，一个灯丝是有表面的Ufrac14;0球相关坐标系统eth;R；U；WTHORN;集中在终端。因此，麦斯威尔的偏微分方程的精确解方程是允许的，他们的结果可分为常微分方程
(4)
式中，，分别表示径向、顶点的电场和角度磁场。如果TEM波是均匀的则有：
(5)
(6)
(7)
适用于无源域（因此，除的情况）。最终美联储的当前由变量的拉普拉斯变换表示s；表示未指定的周围介质。
式（5）~（7）完全适用于灯丝，可能会延长，没有显着缺乏准确度，的圆筒状细导线结构的情况下，提供观察点的是远离导体。这是因为灯丝的概念冷漠适用于视锥和圆柱体，当两个退化成线。
简而言之，（5）-（7），该完成了Manneback [ 17 ]给出的解决方案。即：
（d）一端电流承载丝是一种源球面波起源于这一端；
（e）球面波在周围空间中传播具有相同的速度的浪涌电流同时沿灯丝行进。
这架飞机，被认为是一个完美的导体（见表（C））的纤维正交，使式（5）一个偶极矩所描述的奇异性问题可以作出预测的激励现场有争议。
也有相当数量的补充点散热器，浸染在扭曲的弧，看得见和看不见（外面和里面的辉光，分别）定向发生变化，估计是不重要的场源。这是因为即使是能量允许在每一个弯道逃生由电离的信封内反射（顺便说一句，场从弯曲的发射被剥夺的准静态的组件[ 16 ]）。作为一个合理的论点支持的波导对于离子鞘的扭曲的电弧行为，考虑那大弦构成可见迂曲，承担了责任的精细结构实验波形，似乎没有显著影响后续回击波形规律。一叠加精细结构可以很好地联系到生动的渠道分支的发射端，发生首次回击鲜明（见参考文献[ 2 ]）。因此，通道曲折证明大幅影响励磁磁场仅因其明显下降传播速度（见表））。
特别值得一提的是，它是在与任意气势的实践对比不同的速度，特别是C和V（V习惯紧贴在）为波和电流传输，分别。因此，如果一个扭曲的弧约由一个直导体建模的相同的间隙桥接，然后，降低行驶速度为五，根据表（一），实际上是考虑通过设置（下标0表示自由空间）。这一假设是一致的补充迟缓必须影响膨胀一个球面波起源于起源曲折，而不是一个直导体（见，例如，图2参考文献[ 19 ]，心照不宣地确定特征问题）。当然，这种近似是合法的假设为每个段的长度大大超过构成扭曲的通道。
声明（F）是与以前的分析包括一个非零的准静态电场激发泄放通道。认为现实的场景
由一个平面的电流流动的径向向通道脚端（见2.3节）是相当一致的成像公式（8）和（9）。事实上，边界条件二frac14;0在理想导电平面上的原因二和，反过来，相关的位移电流，消失在上半空间。因此，该在通道基地的当前集合只允许在平面和径向会聚导通的形式电流。
与声明相一致（三）是典型的坡道和驼峰（见参考文献[ 2 ]），同时对地面鲜明近场和的记录，分别被解释。（8）及（9）。事实上，给定的领域是被剥夺的准静态组件和简单地假设通道底部电流波形。此外，（8）和（9）也不同于远场波形，后者是显着离开的渠道基地电流。
而不是被劝阻，观察提出可以邀请一个更好的开发所描述的基本模型，即使任何模型改进证明这里是不严格要求的应用程序的间接影响附近的线。事实上，与以前的治疗相反，有些
有说服力的论点将被提出（见第5节，与特别提及的陈述（克）和（或））将导致解释简单的TE波，服从情商。（8）和（9），作为激励领域基本上参与耦合机制。然而，一个完整的电磁场景，因此包括大，但在这里几乎不重要，准静态电场特性，已被转载附录一与附属公司的意图支持本建模的暗示字符。
4放电电流
独特的“工程”的治疗，作为目前可以有资格，是分配一个时空现行法律根据实验观察。这也表明在某个地方，某一数额的电流被减去，雷雨云内部，消耗周围费用（附录）。这个位置一般是在同一高度Hb，或超越，雷雨云底。剩余的电流继续向上的通道，直到在一个更高的高度，在充电口袋，是达到和耗尽。认为，整体的高度通道（数公里）已刻意设置为无穷大（见下面公式的积分上限（14））。这样一个简化的假设是轻微的不准确，因为显着的衰减和延迟影响电流浪涌，接近最上面的终端。在云底的电荷中和可以模拟，根据这个模型，通过注入在相应计数器灯丝电流：一个时空分布沿通道的类型：
(10)
是建立在协议与一些实验数据（见下文）。因此，当前我eth;t；ZTHORN;分解成功能如果和代表，分别快速时变通道放电和超慢时变部分，同时注入相同通道底部，这是完全参与消耗一个带电的雷云区。因为不稳定流光（经常伴随着
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