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电磁学计算方法的比较胡来平，刘占军（重庆邮电学院光电工程学院 重庆 400065） 摘 要：介绍了电磁学计算方法的研究进展和状态，对几种富有代表性的算法做了介绍，并比较了各自的优势和不足，包括矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及复射线方法等。 关键词：矩量法；有限元法；时域有限差分方法；复射线方法 1 引 言 1864年Maxwell在前人的理论（高斯定律、安培定律、法拉第定律和自由磁极不存在）和实验的基础上建立了统一的电磁场理论，并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律，这就是著名的Maxwell方程。在11种可分离变量坐标系求解Maxwell方程组或者其退化形式，最后得到解析解。这种方法可以得到问题的准确解，而且效率也比较高，但是适用范围太窄，只能求解具有规则边界的简单问题。对于不规则形状或者任意形状边界则需要比较高的数学技巧，甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来，随着电子计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法发展起来，并得到广泛地应用，相对于经典电磁理论而言，数值方法受边界形状的约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点，一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决，常需要将多种方法结合起来，互相取长补短，因此混和方法日益受到人们的重视。 本文综述了国内外计算电磁学的发展状况，对常用的电磁计算方法做了分类。2 电磁场数值方法的分类 电磁学问题的数值求解方法可分为时域和频域2大类。频域技术主要有矩量法、有限差分方法等，频域技术发展得比较早，也比较成熟。时域法主要有时域差分技术。时域法的引入是基于计算效率的考虑，某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时，频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算，然后做傅里叶反变换才能求得解答，计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化，采用时域法更加直接。另外还有一些高频方法，如GTD，UTD和射线理论。 从求解方程的形式看，可以分为积分方程法（IE）和微分方程法（DE）。IE和DE相比，有如下特点：IE法的求解区域维数比DE法少一维，误差限于求解区域的边界，故精度高；IE法适合求无限域问题，DE法此时会遇到网格截断问题；IE法产生的矩阵是满的，阶数小，DE法所产生的是稀疏矩阵，但阶数大；IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题，DE法可直接用于这类问题〔1〕。3 几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出，在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前，作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法，有限元法已非常著名。 有限元法是以变分原理为基础的一种数值计算方法。其定解问题为： 应用变分原理，把所要求解的边值问题转化为相应的变分问题，利用对区域D的剖分、插值，离散化变分问题为普通多元函数的极值问题，进而得到一组多元的代数方程组，求解代数方程组就可以得到所求边值问题的数值解。一般要经过如下步骤： ①给出与待求边值问题相应的泛函及其变分问题。 ②剖分场域D，并选出相应的插值函数。 ③将变分问题离散化为一种多元函数的极值问题，得到如下一组代数方程组：其中：Kij为系数（刚度）矩阵；Xi为离散点的插值。 ④选择合适的代数解法解式（2），即可得到待求边值问题的数值解Xi（i＝1，2，…，N） （2）矩量法 很多电磁场问题的分析都归结为这样一个算子方程〔2〕： L（f）＝g（3）其中：L是线性算子，f是未知的场或其他响应，g是已知的源或激励。 在通常的情况下，这个方程是矢量方程（二维或三维的）。如果f能有方程解出，则是一个精确的解析解，大多数情况下，不能得到f的解析形式，只能通过数值方法进行预估。令f在L的定义域内被展开为某基函数系f1，f2，f3，…，fn的线性组合：其中：an是展开系数，fn为展开函数或基函数。 对于精确解式（2）通畅是无限项之和，且形成一个基函数的完备集，对近似解，将式 （2）带入式（1），再应用算子L的线性，便可以得到： m＝1，2，3，…此方程组可写成矩阵形式f，以解出f。矩量法就是这样一种将算子方程转化为矩阵方程的一种离散方法。 在电磁散射问题中，散射体的特征尺度与波长之比是一个很重要的参数。他决定了具体应用矩量法的途径。如果目标特征尺度可以与波长比较，则可以采用一般的矩量法；如果目标很大而特征尺度又包括了一个很大的范围，那么就需要选择一个合适的离散方式和离散基函数。受计算机内存和计算速度影响，有些二维和三维问题用矩量法求解是非常困难的，因为计算的存储量通常与N2或者N3成正比（N为离散点数），而且离散后出现病态矩阵也是一个难以解决的问题。这时需要较高的数学技巧，如采用小波展开，选取合适的小波基函数来降维等〔3〕。 （3）时域有限差分方法 时域有限差分（FDTD）是电磁场的一种时域计算方法。传统上电磁场的计算主要是在频域上进行的，这些年以来，时域计算方法也越来越受到重视。他已在很多方面显示出独特的优越性，尤其是在解决有关非均匀介质、任意形状和复杂结构的散射体以及辐射系统的电磁问题中更加突出。FDTD法直接求解依赖时间变量的麦克斯韦旋度方程，利用二阶精度的中心差分近似把旋度方程中的微分算符直接转换为差分形式，这样达到在一定体积内和一段时间上对连续电磁场的数据取样压缩。电场和磁场分量在空间被交叉放置，这样保证在介质边界处切向场分量的连续条件自然得到满足。在笛卡儿坐标系电场和磁场分量在网格单元中的位置是每一磁场分量由4个电场分量包围着，反之亦然。 这种电磁场的空间放置方法符合法拉第定律和安培定律的自然几何结构。因此FDTD算法是计算机在数据存储空间中对连续的实际电磁波的传播过程在时间进程上进行数字模拟。而在每一个网格点上各场分量的新值均仅依赖于该点在同一时间步的值及在该点周围邻近点其他场前半个时间步的值。这正是电磁场的感应原理。这些关系构成FDTD法的基本算式，通过逐个时间步对模拟区域各网格点的计算，在执行到适当的时间步数后，即可获得所需要的结果。 在上述算法中，时间增量Δt和空间增量Δx，Δy和Δz不是相互独立的，他们的取值必须满足一定的关系，以避免数值不稳定。这种不稳定表现为在解显式 差分方程时随着时间步的继续计算结果也将无限制的67增加。为了保证数值稳定性必须满足数值稳定条件：其中：（对非均匀区域，应选c的最大值）〔4〕。 用差分方法对麦克斯韦方程的数值计算还会在网格中引起所模拟波模的色散，即在FDTD网格中数字波模的传播速度将随波长、在网格中的传播方向以及离散化的情况而改变。这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射等，因此必须考虑数值色散问题。如果在模拟空间中采用大小不同的网格或包含不同的介质区域，这时网格尺寸与波长之比将是位置的函数，在不同网格或介质的交界面处将出现非物理的绕射和反射现象，对此也应该进行定量的研究，以保证正确估计FDTD算法的精度。在开放问题中电磁场将占据无限大空间，而由于计算机内存总是有限的，只能模拟有限空间，因此差分网格在某处必将截断，这就要求在网格截断处不引起波的明显反射，使对外传播的波就像在无限大空间中传播一样。这就是在截断处设置吸收边界条件，使传播到截断处的波被边界吸收而不产生反射，当然不可能达到完全没有反射，目前已创立的一些吸收边界条件可达到精度上的要求，如Mur所导出的吸收边界条件。 （4）复射线方法 复射线是用于求解波场传播和散射问题的一种高频近似方法。他根据几何光学理论和几何绕射理论的分析方法和计算公式，在解析延拓的复空间中求解复射线轨迹和场的振幅和相位，从而直接得出局部不均匀波（凋落波）的传播和散射规律〔5〕。复射线方法是包括复射线追踪、复射线近轴近似、复射线展开以及复绕射线等处理技术在内的一系列处理方法的统称。其共同特点在于：通过将射线参考点坐标延拓到复空间而建立了一个简单而统一的实空间中波束／射线束（Bundle ofrays）分析模型；通过费马原理及其延拓，由基于复射线追踪或复射线近轴近似的处理技术，构造了射线光学架构下有效的鞍点场描述方法等。例如，复射线追踪法将射线光学中使用的射线追踪方法和场强计算公式直接地解析延拓到复空间，利用延拓后的复费马原理进行复射线搜索，从而求出复射线轨迹和复射线场。这一方法的特点在于可以基于射线光学方法有效地描述空间中波束的传播，因此，提供了一类分析波束传播的简便方法。其不足之处是对每一个给定的观察点必须进行一次二维或四维的复射线轨迹搜索，这是一个十分花费时间的计算机迭代过程。4 几种方法的比较和进展 将有限元法移植到电磁工程领域还是二十世纪六七十年代的事情，他比较新颖。有限元法的优点是适用于具有复杂边界形状或边界条件、含有复杂媒质的定解问题。这种方法的各个环节可以实现标准化，得到通用的计算程序，而且有较高的计算精度。但是这种方法的计算程序复杂冗长，由于他是区域性解法，分割的元素数和节点数较多，导致需要的初始数据复杂繁多，最终得到的方程组的元数很大，这使得计算时间长，而且对计算机本身的存储也提出了要求。对电磁学中的许多问题，有限元产生的是带状（如果适当地给节点编号的话）、稀疏阵（许多矩阵元素是0）。但是单独采用有限元法只能解决开域问题。用有限元法进行数值分析的第一步是对目标的离散，多年来人们一直在研究这个问题，试图找到一种有效、方便的离散方法，但由于电磁场领域的特殊性，这个问题一直没有得到很好的解决。问题的关键在于一方面对复杂的结构，一般的剖分方法难于适用；另一方面，由于剖分的疏密与最终所形成的系数矩阵的存贮量密切相关，因而人们采用了许多方法来减少存储量，如多重网格法，但这些方法的实现较为困难〔6〕。 网格剖分与加密是有限元方法发展的瓶颈之一，采用自适应网格剖分和加密技术相对来说可以较好地解决这一问题。自适应网格剖分根据对场量分布求解后的结果对网格进行增加剖分密度的调整，在网格密集区采用高阶插值函数，以进一步提高精度，在场域分布变化剧烈区域，进行多次加密。 这些年有限元方法的发展日益加快，与其他理论相结合方面也有了新的进展，并取得了相当应用范围的成果，如自适应网格剖分、三维场建模求解、耦合问题、开域问题、高磁性材料及具有磁滞饱和非线性特性介质的处理等，还包括一些尚处于探索阶段的工作，如拟问题、人工智能和专家系统在电磁装置优化设计中的应用、边基有限元法等，这些都使得有限元方法的发展有了质的飞跃。 矩量法将连续方程离散化为代数方程组，既适用于求解微分方程，又适用于求解积分方程。他的求解过程简单，求解步骤统一，应用起来比较方便。然而 77他需要一定的数学技巧，如离散化的程度、基函数与权函数的选取，矩阵求解过程等。另外必须指出的是，矩量法可以达到所需要的精确度，解析部分简单，可计算量很大，即使用高速大容量计算机，计算任务也很繁重。矩量法在天线分析和电磁场散射问题中有比较广泛地应用，已成功用于天线和天线阵的辐射、散射问题、微带和有耗结构分析、非均匀地球上的传播及人体中电磁吸收等。 FDTD用有限差分式替代时域麦克斯韦旋度方程中的微分式，得到关于场分量的有限差分式，针对不同的研究对象，可在不同的坐标系中建模，因而具有这几个优点，容易对复杂媒体建模，通过一次时域分析计算，借助傅里叶变换可以得到整个同带范围内的频率响应；能够实时在现场的空间分布，精确模拟各种辐射体和散射体的辐射特性和散射特性；计算时间短。但是FDTD分析方法由于受到计算机存储容量的限制，其网格空间不能无限制的增加，造成FDTD方法不能适用于较大尺寸，也不能适用于细薄结构的媒质。因为这种细薄结构的最小尺寸比FDTD网格尺寸小很多，若用网格拟和这类细薄结构只能减小网格尺寸，而这必然导致计算机存储容量的加大。因此需要将FDTD与其他技术相结合，目前这种技术正蓬勃发展，如时域积分方程／FDTD方法，FDTD／MOM等。FDTD的应用范围也很广阔，诸如手持机辐射、天线、不同建筑物结构室内的电磁干扰特性研究、微带线等〔7〕。 复射线技术具有物理模型简单、数学处理方便、计算效率高等特点，在复杂目标散射特性分析等应用领域中有重要的研究价值。典型的处理方式是首先将入射平面波离散化为一组波束指向平行的复源点场，通过特定目标情形下的射线追踪、场强计算和叠加各射线场的贡献，可以得到特定观察位置处散射场的高频渐进解。目前已运用复射线分析方法对飞行器天线和天线罩（雷达舱）、（加吸波涂层）翼身结合部和进气道以及涂层的金属平板、角形反射器等典型目标散射特性进行了成功的分析。尽管复射线技术的计算误差可以通过参数调整得到控制，但其本身是一种高频近似计算方法，由于入射波场的离散和只引入鞍点贡献，带来了不可避免的计算误差。总的来说复射线方法在目标电磁散射领域还是具有独特的优势，尤其是对复杂目标的处理。5 结 语 电磁学的数值计算方法远远不止以上所举，还有边界元素法、格林函数法等，在具体问题中，应该采用不同的方法，而不应拘泥于这些方法，还可以把这些方法加以综合应用，以达到最佳效果。 电磁学的数值计算是一门计算的艺术，他横跨了多个学科，是数学理论、电磁理论和计算机的有机结合。原则上讲，从直流到光的宽频带范围都属于他的研究范围。为了跟上世界科技发展的需要，应大力进行电磁场的并行计算方法的研究，不断拓广他的应用领域，如生物电磁学、复杂媒质中的电磁正问题和逆问题、医学应用、微波遥感应用、非线性电磁学中的混沌与分叉、微电子学和纳米电子学等。参考文献〔1〕 文舸一．计算电磁学的进展与展望〔J〕．电子学报，1995，23（10）：62-69.〔2〕 刘圣民．电磁场的数值方法〔M〕．武汉：华中理工大学出版社，1991．〔3〕 张成，郑宏兴．小波矩量法求解电磁场积分方程〔J〕．宁夏大学学报（自然科学版），2000，21（1）：76-79. 〔4〕 王长清．时域有限差分(FD-TD)法〔J〕．微波学报,1989,(4):8-18.〔5〕 阮颖诤．复射线理论及其应用〔M〕．成都：电子工业出版社，1991．〔6〕 方静，汪文秉．有限元法和矩量法结合分析背腔天线的辐射特性〔J〕．微波学报，2000，16(2):139-143.〔7〕 杨永侠，王翠玲．电磁场的FDTD分析方法〔J〕．现代电子技术,2001,(11):73-74.〔8〕 洪伟．计算电磁学研究进展〔J〕．东南大学学RB （自然科学版），2002，32（3）：335-339.〔9〕 王长清，祝西里．电磁场计算中的时域有限差分法〔M〕．北京：北京大学出版社，1994．〔10〕 楼仁海，符果行，袁敬闳．电磁理论〔M〕．成都：电子科技大学出版社，1996． 现代电子技术
这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射参考文献〔1〕文舸一．计算电磁学的进展与展望〔J〕．电子学报，1995，
自己上百度找，不过最好自己写，这里有一参考： 摘 要：介绍了电磁学计算方法的研究进展和状态，对几种富有代表性的算法做了介绍，并比较了各自的优势和不足，包括矩量法、有限元法、时域有限差分方法以及复射线方法等。 关键词：矩量法；有限元法；时域有限差分方法；复射线方法 1 引 言 1864年Maxwell在前人的理论（高斯定律、安培定律、法拉第定律和自由磁极不存在）和实验的基础上建立了统一的电磁场理论，并用数学模型揭示了自然界一切宏观电磁现象所遵循的普遍规律，这就是著名的Maxwell方程。在11种可分离变量坐标系求解Maxwell方程组或者其退化形式，最后得到解析解。这种方法可以得到问题的准确解，而且效率也比较高，但是适用范围太窄，只能求解具有规则边界的简单问题。对于不规则形状或者任意形状边界则需要比较高的数学技巧，甚至无法求得解析解。20世纪60年代以来，随着电子计算机技术的发展，一些电磁场的数值计算方法发展起来，并得到广泛地应用，相对于经典电磁理论而言，数值方法受边界形状的约束大为减少，可以解决各种类型的复杂问题。但各种数值计算方法都有优缺点，一个复杂的问题往往难以依靠一种单一方法解决，常需要将多种方法结合起来，互相取长补短，因此混和方法日益受到人们的重视。 本文综述了国内外计算电磁学的发展状况，对常用的电磁计算方法做了分类。 2 电磁场数值方法的分类 电磁学问题的数值求解方法可分为时域和频域2大类。频域技术主要有矩量法、有限差分方法等，频域技术发展得比较早，也比较成熟。时域法主要有时域差分技术。时域法的引入是基于计算效率的考虑，某些问题在时域中讨论起来计算量要小。例如求解目标对冲激脉冲的早期响应时，频域法必须在很大的带宽内进行多次采样计算，然后做傅里叶反变换才能求得解答，计算精度受到采样点的影响。若有非线性部分随时间变化，采用时域法更加直接。另外还有一些高频方法，如GTD，UTD和射线理论。 从求解方程的形式看，可以分为积分方程法（IE）和微分方程法（DE）。IE和DE相比，有如下特点：IE法的求解区域维数比DE法少一维，误差限于求解区域的边界，故精度高；IE法适合求无限域问题，DE法此时会遇到网格截断问题；IE法产生的矩阵是满的，阶数小，DE法所产生的是稀疏矩阵，但阶数大；IE法难以处理非均匀、非线性和时变媒质问题，DE法可直接用于这类问题〔1〕。 3 几种典型方法的介绍 有限元方法是在20世纪40年代被提出，在50年代用于飞机设计。后来这种方法得到发展并被非常广泛地应用于结构分析问题中。目前，作为广泛应用于工程和数学问题的一种通用方法，有限元法已非常著名。 有限元法是以变分原理为基础的一种数值计算方法。其定解问题为： 应用变分原理，把所要求解的边值问题转化为相应的变分问题，利用对区域D的剖分、插值，离散化变分问题为普通多元函数的极值问题，进而得到一组多元的代数方程组，求解代数方程组就可以得到所求边值问题的数值解。一般要经过如下步骤： ①给出与待求边值问题相应的泛函及其变分问题。 ②剖分场域D，并选出相应的插值函数。 ③将变分问题离散化为一种多元函数的极值问题，得到如下一组代数方程组： 其中：Kij为系数（刚度）矩阵；Xi为离散点的插值。 ④选择合适的代数解法解式（2），即可得到待求边值问题的数值解Xi（i＝1，2，…，N） （2）矩量法 很多电磁场问题的分析都归结为这样一个算子方程〔2〕： L（f）＝g（3）其中：L是线性算子，f是未知的场或其他响应，g是已知的源或激励。 在通常的情况下，这个方程是矢量方程（二维或三维的）。如果f能有方程解出，则是一个精确的解析解，大多数情况下，不能得到f的解析形式，只能通过数值方法进行预估。令f在L的定义域内被展开为某基函数系f1，f2，f3，…，fn的线性组合： 其中：an是展开系数，fn为展开函数或基函数。 对于精确解式（2）通畅是无限项之和，且形成一个基函数的完备集，对近似解，将式 （2）带入式（1），再应用算子L的线性，便可以得到： m＝1，2，3，… 此方程组可写成矩阵形式f，以解出f。矩量法就是这样一种将算子方程转化为矩阵方程的一种离散方法。 在电磁散射问题中，散射体的特征尺度与波长之比是一个很重要的参数。他决定了具体应用矩量法的途径。如果目标特征尺度可以与波长比较，则可以采用一般的矩量法；如果目标很大而特征尺度又包括了一个很大的范围，那么就需要选择一个合适的离散方式和离散基函数。受计算机内存和计算速度影响，有些二维和三维问题用矩量法求解是非常困难的，因为计算的存储量通常与N2或者N3成正比（N为离散点数），而且离散后出现病态矩阵也是一个难以解决的问题。这时需要较高的数学技巧，如采用小波展开，选取合适的小波基函数来降维等〔3〕。 （3）时域有限差分方法 时域有限差分（FDTD）是电磁场的一种时域计算方法。传统上电磁场的计算主要是在频域上进行的，这些年以来，时域计算方法也越来越受到重视。他已在很多方面显示出独特的优越性，尤其是在解决有关非均匀介质、任意形状和复杂结构的散射体以及辐射系统的电磁问题中更加突出。FDTD法直接求解依赖时间变量的麦克斯韦旋度方程，利用二阶精度的中心差分近似把旋度方程中的微分算符直接转换为差分形式，这样达到在一定体积内和一段时间上对连续电磁场的数据取样压缩。电场和磁场分量在空间被交叉放置，这样保证在介质边界处切向场分量的连续条件自然得到满足。在笛卡儿坐标系电场和磁场分量在网格单元中的位置是每一磁场分量由4个电场分量包围着，反之亦然。 这种电磁场的空间放置方法符合法拉第定律和安培定律的自然几何结构。因此FDTD算法是计算机在数据存储空间中对连续的实际电磁波的传播过程在时间进程上进行数字模拟。而在每一个网格点上各场分量的新值均仅依赖于该点在同一时间步的值及在该点周围邻近点其他场前半个时间步的值。这正是电磁场的感应原理。这些关系构成FDTD法的基本算式，通过逐个时间步对模拟区域各网格点的计算，在执行到适当的时间步数后，即可获得所需要的结果。 在上述算法中，时间增量Δt和空间增量Δx，Δy和Δz不是相互独立的，他们的取值必须满足一定的关系，以避免数值不稳定。这种不稳定表现为在解显式 差分方程时随着时间步的继续计算结果也将无限制的67增加。为了保证数值稳定性必须满足数值稳定条件： 其中：（对非均匀区域，应选c的最大值）〔4〕。 用差分方法对麦克斯韦方程的数值计算还会在网格中引起所模拟波模的色散，即在FDTD网格中数字波模的传播速度将随波长、在网格中的传播方向以及离散化的情况而改变。这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射等，因此必须考虑数值色散问题。如果在模拟空间中采用大小不同的网格或包含不同的介质区域，这时网格尺寸与波长之比将是位置的函数，在不同网格或介质的交界面处将出现非物理的绕射和反射现象，对此也应该进行定量的研究，以保证正确估计FDTD算法的精度。在开放问题中电磁场将占据无限大空间，而由于计算机内存总是有限的，只能模拟有限空间，因此差分网格在某处必将截断，这就要求在网格截断处不引起波的明显反射，使对外传播的波就像在无限大空间中传播一样。这就是在截断处设置吸收边界条件，使传播到截断处的波被边界吸收而不产生反射，当然不可能达到完全没有反射，目前已创立的一些吸收边界条件可达到精度上的要求，如Mur所导出的吸收边界条件。 （4）复射线方法 复射线是用于求解波场传播和散射问题的一种高频近似方法。他根据几何光学理论和几何绕射理论的分析方法和计算公式，在解析延拓的复空间中求解复射线轨迹和场的振幅和相位，从而直接得出局部不均匀波（凋落波）的传播和散射规律〔5〕。复射线方法是包括复射线追踪、复射线近轴近似、复射线展开以及复绕射线等处理技术在内的一系列处理方法的统称。其共同特点在于：通过将射线参考点坐标延拓到复空间而建立了一个简单而统一的实空间中波束／射线束（Bundle ofrays）分析模型；通过费马原理及其延拓，由基于复射线追踪或复射线近轴近似的处理技术，构造了射线光学架构下有效的鞍点场描述方法等。例如，复射线追踪法将射线光学中使用的射线追踪方法和场强计算公式直接地解析延拓到复空间，利用延拓后的复费马原理进行复射线搜索，从而求出复射线轨迹和复射线场。这一方法的特点在于可以基于射线光学方法有效地描述空间中波束的传播，因此，提供了一类分析波束传播的简便方法。其不足之处是对每一个给定的观察点必须进行一次二维或四维的复射线轨迹搜索，这是一个十分花费时间的计算机迭代过程。 4 几种方法的比较和进展 将有限元法移植到电磁工程领域还是二十世纪六七十年代的事情，他比较新颖。有限元法的优点是适用于具有复杂边界形状或边界条件、含有复杂媒质的定解问题。这种方法的各个环节可以实现标准化，得到通用的计算程序，而且有较高的计算精度。但是这种方法的计算程序复杂冗长，由于他是区域性解法，分割的元素数和节点数较多，导致需要的初始数据复杂繁多，最终得到的方程组的元数很大，这使得计算时间长，而且对计算机本身的存储也提出了要求。对电磁学中的许多问题，有限元产生的是带状（如果适当地给节点编号的话）、稀疏阵（许多矩阵元素是0）。但是单独采用有限元法只能解决开域问题。用有限元法进行数值分析的第一步是对目标的离散，多年来人们一直在研究这个问题，试图找到一种有效、方便的离散方法，但由于电磁场领域的特殊性，这个问题一直没有得到很好的解决。问题的关键在于一方面对复杂的结构，一般的剖分方法难于适用；另一方面，由于剖分的疏密与最终所形成的系数矩阵的存贮量密切相关，因而人们采用了许多方法来减少存储量，如多重网格法，但这些方法的实现较为困难〔6〕。 网格剖分与加密是有限元方法发展的瓶颈之一，采用自适应网格剖分和加密技术相对来说可以较好地解决这一问题。自适应网格剖分根据对场量分布求解后的结果对网格进行增加剖分密度的调整，在网格密集区采用高阶插值函数，以进一步提高精度，在场域分布变化剧烈区域，进行多次加密。 这些年有限元方法的发展日益加快，与其他理论相结合方面也有了新的进展，并取得了相当应用范围的成果，如自适应网格剖分、三维场建模求解、耦合问题、开域问题、高磁性材料及具有磁滞饱和非线性特性介质的处理等，还包括一些尚处于探索阶段的工作，如拟问题、人工智能和专家系统在电磁装置优化设计中的应用、边基有限元法等，这些都使得有限元方法的发展有了质的飞跃。 矩量法将连续方程离散化为代数方程组，既适用于求解微分方程，又适用于求解积分方程。他的求解过程简单，求解步骤统一，应用起来比较方便。然而 77他需要一定的数学技巧，如离散化的程度、基函数与权函数的选取，矩阵求解过程等。另外必须指出的是，矩量法可以达到所需要的精确度，解析部分简单，可计算量很大，即使用高速大容量计算机，计算任务也很繁重。矩量法在天线分析和电磁场散射问题中有比较广泛地应用，已成功用于天线和天线阵的辐射、散射问题、微带和有耗结构分析、非均匀地球上的传播及人体中电磁吸收等。 FDTD用有限差分式替代时域麦克斯韦旋度方程中的微分式，得到关于场分量的有限差分式，针对不同的研究对象，可在不同的坐标系中建模，因而具有这几个优点，容易对复杂媒体建模，通过一次时域分析计算，借助傅里叶变换可以得到整个同带范围内的频率响应；能够实时在现场的空间分布，精确模拟各种辐射体和散射体的辐射特性和散射特性；计算时间短。但是FDTD分析方法由于受到计算机存储容量的限制，其网格空间不能无限制的增加，造成FDTD方法不能适用于较大尺寸，也不能适用于细薄结构的媒质。因为这种细薄结构的最小尺寸比FDTD网格尺寸小很多，若用网格拟和这类细薄结构只能减小网格尺寸，而这必然导致计算机存储容量的加大。因此需要将FDTD与其他技术相结合，目前这种技术正蓬勃发展，如时域积分方程／FDTD方法，FDTD／MOM等。FDTD的应用范围也很广阔，诸如手持机辐射、天线、不同建筑物结构室内的电磁干扰特性研究、微带线等〔7〕。 复射线技术具有物理模型简单、数学处理方便、计算效率高等特点，在复杂目标散射特性分析等应用领域中有重要的研究价值。典型的处理方式是首先将入射平面波离散化为一组波束指向平行的复源点场，通过特定目标情形下的射线追踪、场强计算和叠加各射线场的贡献，可以得到特定观察位置处散射场的高频渐进解。目前已运用复射线分析方法对飞行器天线和天线罩（雷达舱）、（加吸波涂层）翼身结合部和进气道以及涂层的金属平板、角形反射器等典型目标散射特性进行了成功的分析。尽管复射线技术的计算误差可以通过参数调整得到控制，但其本身是一种高频近似计算方法，由于入射波场的离散和只引入鞍点贡献，带来了不可避免的计算误差。总的来说复射线方法在目标电磁散射领域还是具有独特的优势，尤其是对复 杂目标的处理。 5 结 语 电磁学的数值计算方法远远不止以上所举，还有边界元素法、格林函数法等，在具体问题中，应该采用不同的方法，而不应拘泥于这些方法，还可以把这些方法加以综合应用，以达到最佳效果。 电磁学的数值计算是一门计算的艺术，他横跨了多个学科，是数学理论、电磁理论和计算机的有机结合。原则上讲，从直流到光的宽频带范围都属于他的研究范围。为了跟上世界科技发展的需要，应大力进行电磁场的并行计算方法的研究，不断拓广他的应用领域，如生物电磁学、复杂媒质中的电磁正问题和逆问题、医学应用、微波遥感应用、非线性电磁学中的混沌与分叉、微电子学和纳米电子学等。 参考文献 〔1〕 文舸一．计算电磁学的进展与展望〔J〕．电子学报，1995，23（10）：62-69. 〔2〕 刘圣民．电磁场的数值方法〔M〕．武汉：华中理工大学出版社，1991． 〔3〕 张成，郑宏兴．小波矩量法求解电磁场积分方程〔J〕．宁夏大学学报（自然科学版），2000，21（1）：76-79. 〔4〕 王长清．时域有限差分(FD-TD)法〔J〕．微波学报,1989,(4):8-18. 〔5〕 阮颖诤．复射线理论及其应用〔M〕．成都：电子工业出版社，1991． 〔6〕 方静，汪文秉．有限元法和矩量法结合分析背腔天线的辐射特性〔J〕．微波学报，2000，16(2):139-143. 〔7〕 杨永侠，王翠玲．电磁场的FDTD分析方法〔J〕．现代电子技术,2001,(11):73-74. 〔8〕 洪伟．计算电磁学研究进展〔J〕．东南大学学RB （自然科学版），2002，32（3）：335-339. 〔9〕 王长清，祝西里．电磁场计算中的时域有限差分法〔M〕．北京：北京大学出版社，1994． 〔10〕 楼仁海，符果行，袁敬闳．电磁理论〔M〕．成都：电子科技大学出版社，1996． 现代电子技术
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它是一种二维晶体，其特性是其中电子的运动速度达到了光速的1/300，超过电子在一般导体中的运动速度。将石墨剥离，形成薄薄的石墨片。当把石墨片剥成单层之后，这种只有一个碳原子厚度的单层就是石墨烯。
中国的 海面底潜飞行器 绝对的航母舰队的杀手,据说两架这种飞行器就能灭掉整个航母编队.厉害就厉害在它能瞬间底潜海底20到50米.后又可以瞬间跃升海面10到80米,而且在导弹来袭的时候可以迅速的逃逸,有很高的隐僻能力,在声无息中靠近航母编队十公里的距离,厉害,绝对的尖端科技..美国的 电磁炮,炮弹射出去有几十马赫的速度,炮弹打在目标物上就像一辆大卡车以高速撞击目标物一样的效果,绝对的大杀器,美国方面宣布将在不久后装备部队.还有很多像美国的激光防空武器,实验成功..中国的东风21反舰弹道导弹,科技含量高就高在它是弹道导弹打海上移动中的目标,以前苏联就搞过这个咚咚没搞成..俄罗斯T-50战机的等离子体隐身术,,中国神秘的歼14战机,,美国的战车式的直升机能在天上飞能在地上跑,厉害..还有英国的反物质炸弹,据说威力比核弹还要大很多啊,人类又向着灭绝走进了一步,,
中国现在也有电磁炮了，是真的电磁炮是利用电磁发射技术制成的一种先进动能杀伤武器。与传统大炮将火药燃气压力作用于弹丸不同，电磁炮是利用电磁系统中电磁场产生的洛伦兹力来对金属炮弹进行加速，使其达到打击目标所需的动能，与传统的火药推动的大炮，电磁炮可大大提高弹丸的速度和射程。早在2006年8月，中国军方在内蒙古炮兵靶场对超高速电炮进行了首次实验，25公斤的弹丸被发射到250公里以外的预定区域，实验获得圆满成功。中国超高速电炮研究，虽起步稍晚，但在其先进的超导技术支持下进展迅速，现在世界一些主要的国家如美、俄等，都在研究这种新概念武器，中国电磁发射技术并不比先进国家落后，更有可能首先拥有和使用这种超高速动能武器。
作战方式颠覆传统 （此回答供参考） /来自中华网社区 club.china.com/ -----------/来自中华网社区 club.china.com/ 新概念武器是相对于传统武器而言的高新技术武器群体，目前正处于研制和探索之中，它在原理、杀伤破坏机理和作战方式上，与传统武器有显著不同。主要包括定向能武器、动能武器和军用机器人。>定向能武器，是指武器的能量沿一定方向传播，并在一定距离内有杀伤破坏作用，在其他方向则没有。如激光武器、微波武器和粒子束武器等。动能武器，是能发射高速弹头、利用弹头动能直接撞毁目标的武器，如动能拦截弹、电磁炮等；军用机器人，可用于执行战斗任务、实施工程保障等。目前正在研制的新概念武器，还有网络战武器、非致命武器等。动能武器：火炮要"脱胎换骨" "水炮"：固体发射药火炮的终结者 ----------- 液体发射药火炮又称“水炮”，是一种以液体发射药代替固体发射药的新型火炮。目前，许多国家都在研究液体发射药炮。有专家预测，液体发射药火炮的诞生，是火炮技术的革命性发展，将在未来战争中取代固体发射药火炮。 >与固体发射药火炮相比，液体发射药火炮省去了药筒等装置，结构简化，使火炮、弹丸的重量减轻，提高了发射速度；液体发射药能量高，增大了弹丸的初速和射程；液体发射药具有很强的稳定性，其储存安全方便，即使被击中也不易爆炸。 电磁炮：能发射各类导弹 ----------- 是一种用电磁作动力的发射装置，由导轨、大电流直流脉冲电源和开关等组成。两条导轨之间用滑块连接，发射时将弹丸放在滑块前。当导轨接通电源时，就会产生强磁场，在强磁场作用下，滑块上的金属箔片转化为高速等离子体，等离子体推动弹丸，将弹丸从导轨上发射出去。 >电磁炮的最大特点，是发射的炮弹初速高。美国海军试验的电磁轨道炮，把3公斤重的炮弹以7马赫的高速发射出去，成为世界上飞行速度最快的炮弹家族成员。弹丸初速高，射程就远，能攻击远距离目标。同时，弹丸在空中飞行时间减少，可提高射击命中精度。它还能发射各类导弹，而且不像传统导弹那样需携带燃料飞行，从而降低了导弹的造价。军用机器人"文武双全" 机器人火炮：装填效率高 ----------- 它可以代替人完成输弹、装填和发射等任务。美国陆军研制出一种 155毫米机器人火炮，它在M109式榴弹炮的炮塔上，安装了一套机器人弹药输送和装填系统。 >该系统由液压传动和操纵，由机械手、自动输弹盘和快速输弹机等部分组成，机械手能轻松抓起45公斤重的弹丸。射击时，机械手将弹丸放在自动输弹盘上，输弹机能在10秒内装填3发炮弹，速度比人工操作快很多。 微型无人作战平台：没有最小，只有更小 ----------- 随着微机电、微制造技术的快速发展，微型无人作战平台显示出巨大的应用价值。目前，世界研究的微型无人作战平台，主要有微型飞行器和微型机器人。 >微型飞行器具有良好的隐蔽性，可执行低空侦察、通信、电子干扰和对地攻击等任务。美国研发的“微星”无人机，是一种可由单兵手持发射的微型飞行器，长度小于15厘米，重量不足18克，因形体微小，即使在防空雷达附近盘旋，也难以被探测到。它在侦察的同时，还能攻击地面活动目标，可谓“文武双全”。 >微型机器人可分为厘米、毫米和微米尺寸机器人，有一定智能，可在微空间进行可控操作或采集信息，能执行常人无法完成的任务，可批量廉价制造。美国研制的一种可探测核生化战剂的微型机器人，只有几毫米大。还有一种正在研发中的“黄蜂”微型机器人，只有几十毫克重，可携带某种极小弹头，能喷射出腐蚀液或导电液，攻击敌方装备的关键电子部件。网络战武器：攻防兼备 道高一尺，魔高一丈 ----------- 计算机病毒对信息系统的破坏作用，已引起各国军方的高度重视，一些国家正大力发展网络战进攻与防御的装备和手段，主要包括计算机病毒武器、高能电磁脉冲武器、纳米机器人、网络嗅探和信息攻击技术等。 >为了成功地实施信息攻击，外军还在研究网络分析器、软件驱动嗅探器、硬件磁感应嗅探器等网络嗅探武器，以及信息篡改、窃取和欺等信息攻击技术。 美军：计算机病毒发源地 ----------- 美国军方的计算机网络攻防武器种类繁多，其攻击性武器主要有：计算机病毒武器、芯片细菌武器和微米/纳米机器人等。美军投资7亿美元用于“病毒武器开发计划”，邮件炸弹、特洛伊木马等数以千计的计算机病毒，正在形成系列并不断推陈出新。 >在黑客组织方面，美国国防部成立了信息战“红色小组”，这些组织在演习中扮作假想敌，攻击自己的信息系统，以发现系统的结构隐患和操作弱点，并及时修正。同时也入侵别国的信息系统和网络，甚至破坏对方的系统。 俄军：某些技术领先于美军 ----------- >俄罗斯军方的计算机网络攻防武器，因受军费开支影响较小而发展较快，特别是网络攻击性武器，已研制出用于破坏或降低敌方信息作战系统效能的多种病毒武器，有些已领先于美国。如“远距离无线注入病毒武器”，可通过无线电频道或通信线路注入对方计算机网络，对其指挥中枢构成直接威胁。 五花八门的非致命武器 非致命武器是为使人员或装备失去功能，而专门设计的武器系统，按作用对象分为反装备和反人员两大类。 超级润滑剂 ----------- 采用含油聚合物微球、无机润滑剂等原料，复配而成的摩擦系数极小的化学物质。主要用于攻击机场跑道、航母甲板、铁轨、高速公路、桥梁等目标，可有效地阻止飞机起降和列车、军车前进。 超级腐蚀剂 ----------- 是一些对特定材料具有超强腐蚀作用的化学物质。设想一下，对坦克手来说，刀枪不入的复合装甲在这种腐蚀剂的作用下变软，该是多么可怕的事情！ 次声波武器 ----------- 是一种能发射20赫兹以下低频声波，即次声波的大功率武器，可穿透1.5米厚的混凝土。它虽然难闻其声，却能与人体生理系统产生共振。目前研制的次声波武器，分神经型和内脏器官型两种，前者能使人神经错乱，癫狂不止；后者能使人体脏器发生共振，周身产生剧烈不适感，进而失去战斗力。 幻觉武器 ----------- 是一种运用全息投影技术，从空间站向云端或战场上的特定空间，投射有关影像、标语、口号的激光装置，可谓最直接的心理战武器。它的作用是从心理上骚扰、恫吓和瓦解敌军，使其恐惧厌战，继而放弃武器逃离战场。 黏性泡沫 ----------- 属于一种化学试剂，喷射在人员身上立刻凝固，从而束缚人员的行动。美军在索马里行动中使用了一种“太妃糖枪”，喷出的化学黏稠剂可将人员包裹起来，使其失去抵抗能力。目前美国已开发出了第二代肩挂式黏性泡沫发射器。
驳斥手机引雷的异端邪说 作者：原子弹炸东京2004年7月，居庸关长城数十游客钻在烽火台里避雨， 遭遇雷击，数十人被击倒，15名游客受伤住院。各大网站报社引用文章中，有如下一段文字：“据专家介绍，手机电磁波是雷电很好的导体，能在很大的一个范围内收集引导雷电。在使用手机时，如遇高空向下电流极易造成雷击；在雷雨天气，手机开通电源都极易引来感应雷，而在雷击区打手机，手机无疑就充当了避雷针的角色。而且据研究，如果手机信号过强，有时连避雷针也不起作用。”而且后来网络接着劝诫游客不要在雷雨天打电话。”目前GSM手机功率密度每平方厘米小于40微瓦，其电场强度小于12V/M，即0.12V/CM，这与雷击需要的电场强度要求30000V/CM，相差250000倍，用0.12V/CM的电场强度引发需要30000V/CM电场强度的雷击，这种说法的想象力太丰富了，使我想起流传于互联网上的一则笑话：蚂蚁在大象走的路上伸出一条腿，对兔子说：“嘘，别吱声，我要绊死这野仔”，真是可笑。按照这样的理论，微波塔强大的功率应该是比避雷器更能引雷，不过，你还能用得上手机么？手机真正的危害是它的高频电磁波对于微电子设备的损害。再说“电磁波导电”说，“据专家介绍，手机电磁波是雷电很好的导体”简直是胡说八道，概念错误！电磁波不是介质何来导电不导电之说，这就像有人说，“我的目光会放电”一样，这应该属于后现代的文学作品，而不是科学！如果电磁波导电我们就不需要再开采铜矿、铝矿做电缆了，发射一束电磁波就够了，多么可笑！“手机能够引来感应雷”更荒唐，感应雷是直击雷几万安培的强电流产生的电磁感应，或者带电云层在大地上产生静电感应，在直击雷在别处落地后，电荷来不及泄放出现的暂时高电压，没有直击雷就不会有感应雷，而报章竟然说手机引来感应雷，这不是说：“石头生了个猴子”神话故事么？！这种报道误导民众，祸害下一代！ 还说“手机电磁波是雷电很好的导体，能在很大的一个范围内收集引导雷电”、“而且据研究，如果手机信号过强，有时连避雷针也不起作用。”让这些记者去捕捉些花边新闻、女网球运动员内裤漏光的照片还行，报道科学新闻简直瞎扯，手机如果有这么大作用我们让它作避雷针好了，全世界多少真正的电气专家学者研制避雷针、消雷器还不如用手机了。而且目前最好的消雷器也就能够向空中2米发射先导电晕，如果用手机产生的电磁波能够导电，岂不可以直接发射到1000米高的雷云层去了，还费那么样大的事么！ 还有报载最近秘鲁发生一场雷击造成240只羊死亡， “据专家分析是因为羊脖子上的铃铛”，对于有人遭雷击就归因于耳环、项链，这种报道却过欠缺想象力了。如果是这样，木结构的塔不应该遭雷击吧，可是相反，山西的木塔基本上全是遭雷击焚毁的，因为即使木头在雷雨天气它也会积聚大量的电荷，只是它可能积聚的慢，但雷电不是M134速射机枪，有足够的时间来积聚电荷。国内目前只有应县木塔存留，应县木塔的结构特点是塔顶立一铁刹，全为铁杵制成，由迎莲覆钵、相轮火焰、仰目宝瓶及宝珠组成，中间有铁轴一根，插入梁架之内，有避雷针的功能，四周八条铁链，相当于引下线，也许是古人无意中做了避雷装置方才使木塔保存到现在。《生活时报》报道：巴西一名青年近日遭雷击身亡，他口腔内的金属牙套被怀疑是“死神”的帮凶。据报道，3月20日，巴西的老港市下起了大雨，22岁的克雷贝松正骑着自行车，车上还带着两个七八岁大的小孩。突然，一道闪电凌空劈来，克雷贝松应声倒地，脸部完全被烧焦，两个孩子也吓得大叫起来，但身体没有受伤。根据克雷贝松脸部烧焦的情况分析，可能是他戴的矫正牙齿用的金属牙套引来了雷电。从报道的情况看绝不是牙套引雷，牙套放在嘴里还能引雷那是缺少常识的表现，是雷电并非牙套引来，克雷贝是受到强烈的雷电电磁感应使牙套产生较高的感应电动势而致死。需要明确是，避雷针之所以能够引雷，不是因为它是金属，而是因为它站得高！你把避雷针放到室内它能引雷么？如果放室内还能引雷，那生产避雷针的工厂的工人可没法活了！我们知道树木没有金属，但是也经常招雷击，难道它有“铃铛”？它有“牙套”？不是，就是它长的高！我们的思维可以翻过来考虑这个问题，云地放电就是雷云与大地之间产生放电现象，我们也可以说大地的异性电荷同样轰击了云彩，雷云同样承受了巨大的电荷，我们能说某一片云彩把大地的电荷引来了？那是带有“铃铛”那的一片？不是的，应该是距离最近、电场强度最高的那片云彩开始的。避雷针之所以使用金属是因为它导电率高，能够快速将电流泄放，但是这种做法现在已经遭到质疑。1989年8月12日，与青岛市区相隔4海里的黄岛油库的原油罐群因雷击发生爆炸起火。这场事故造成5个油罐报废，4万吨原油燃烧，损失1401万元，19 人死亡，74人受伤。油库没有安装避雷针么？不是的，避雷针安装了并且起了作用，但是也正是避雷针接受的强大电流引起的强烈电磁感应触发了油料燃烧。如果在避雷针增加回路的阻抗装置，增加几条并联引下线分流，也许就不至于引起火灾了。有人说是“滚地雷”（球雷），那说法我认为是瞎摆乎总书记的，总书记日理万机，肯定也听不明白这不伦不类的术语就糊弄过去了，我在油库呆过，油罐都是密封的，那“滚地雷”还能钻到油罐里边不成，而且雷电击穿不了超过4mm厚度的钢板。所以现在新一代避雷针考虑的是增加避雷针的电阻，限制雷击电流，近年来出现半导体消雷器或高阻避雷针就是基于这种思想的产品。不过，网上还有许多人举例许多证实某人打手机被雷击，这种说法还是没有依据，在雷雨天你在外边小便也会遭雷击，能说你的命根子引来雷击？我认为手机引雷肯定是错误的，雷电的电磁场能够毁坏手机可是真的。居庸关雷击的真正原因可能是直击雷击中居庸关烽火台，使内部避雨的人受到跨步电压或者靠近墙壁遭受的接触电压，也可能还有直雷击产生的激波和次声波同时作用，使许多人同时被击倒、晕倒。因为巨大的雷击在闪道附近可产生10个大气压的冲击！另外还有网站上关于雷电性别选择的报道，如下：有趣的是雷电对于男人比女人更青睐，有关雷电选择性的最早记录见于1878年9月1日，法国博内勒地区。三个妇女和一个男人正在路上行走，忽然间雷电交加，他们只得躲到大树下避雨。女人们害怕把裙子弄脏，没有靠着树干，而那个男子则背靠大树站在那里。突然一道闪电从天而降，男子身上的衣服瞬间燃烧起来。女人们冲过去救他，却惊恐地发现，他已经死了。 这位男子的死亡似乎可以得到科学合理的解释，但还有更离奇的雷击选择性的记载。在英国，一对夫妇同样躲在树下避雨。冷风吹过，凉意袭人，他们搂抱着站在一起。忽然一道闪电过后，女人发现丈夫不见了，只在地面上看见一小堆灰烬。原来，她的丈夫已在瞬间被蒸发了：闪电的温度可达太阳表面温度的5倍。不过，这位可怜的女人自己则安然无恙。 这种说法也是有疑问，除非这个女人穿着金属屏蔽服。 1966年，日本发生了一起震惊全国的雷击事件。一群中学生在攀登一座不算高的山峰时，天空传来了轰隆隆的打雷声。老师用绳子把孩子们相互连接在一起，以免有人滑倒跌下山去。可是，就在此时，一道强烈的闪电刺过天空，三分之一的人被击倒。倒下的全部是男孩。雷电青睐男性的说法传奇有趣而且活跃气氛，但是却没有科学依据，缺乏事实，均是道听途说，雷击每年死那么多人，但是列举的事件确是一百多年前的事情，一百多年前，我们湖南的老表还能赶鬼回家，这有依据么！如果说存在这种事情可能是偶然事件也可能是由于男孩个子较高，而且脂肪少导电率高的原因。让我们再看以下报道：南方网-南方都市报报道广州一件雷击事件 ：9月1日下午，一名广西女子骑单车行走时，在白云区人和镇东华工业区突遭雷击，当场昏死过去，随后在现场经医生抢救无效死亡，当时她身边的丈夫却毫发无损。2001年4月29日下午5时许，在琼山市三江镇黑牛山北合铺村后坡一果园里，一位年轻妇女肩背上背着小孩正在地里劳动。突然，一道刺眼的蓝电将其劈倒在地，孩子揪心撕肺的哭声惊来了正在附近劳作的农民，待他们奔来现场时，被吓得退倒在地：年轻母亲俯卧在地，身上的衣裤里里外外全被烧光，头发被烧焦，胸部左右乳房被雷电各击有一小洞。母亲已经死亡，但目击者说，当时母亲的右手弯向后背，仍紧紧地护住孩子的头部，孩子安然无恙。这次没有性别选择，我们能据此说雷电选择母亲不攻击幼子么？母亲临死时俯卧，右手弯向后护住孩子，这说明妇女不是立即死掉，在死去之前她还能有时间护住孩子，而且临死之前还有能力选择一种俯卧扑到的姿势以保护孩子，这说明雷击不是特别严重，只是烧了衣服，而没有肉体焚毁，而母亲可能劳作不可避免淋雨，而且劳作会有汗水加重了身体的导电能力，结果就发生悲剧，但是孩子可能有防雨措施，衣服没有湿，而免于劫难。母亲是伟大的，她凭强烈的母爱的意志俯卧，如果身体后仰可能会压死孩子。也许真正的专家、学者没有时间上网来理论这些新闻，我从事电气工程，但是也经常上网，上网我一般看新闻看库娃、看李玫。最近准备写一篇论文找一些文献看到这些文章，气得不行，这样的新闻误导民众而且言辞凿凿，“专家进行现场勘察”、“气象专家共赴现场分析”“某教授解释”，我觉得这有些误导，缺乏科普知识了，网站的新闻也只能看看库娃的裤衩或者黑社会的砍刀了！这些不需要分析，不需要理论，一看就明白！明天也不需要记住它！最后觉得要说一点就是雷击是神秘的大自然现象，到现在人们并未真正完全揭开它的真实面纱，即使揭开它的面纱人类也不一定能够彻底逃得了。最后给大家补充一点雷电知识。0. 前言我国每年雷击死亡约3000人，受伤致伤约6000人，由于雷击引发的火灾、设备损毁等带来的经济损失约70亿人民币。《重庆晚报》载2004年6～11月，仅重庆市因雷击损失2个亿，《江南时报》载南京市每年雷击损失1亿元。0.1 闪电的平均电流是30KA，最大电流可达300KA；0. 2 闪电的电压约为一亿伏至十亿伏；0. 3 一般雷击分为3个阶段，即先导放电、主放电、余光放电，整个过程一般不会超过60μs；直击雷电流峰值时间通常负闪击只有5μs到15μs，雷电流变化梯度大，有的可达10kA/μs； 0. 4 一个中等强度雷暴的功率可达30亿千瓦，相当于1997年全世界发电机装机总容量之和，但只有短短几十μs，可以计算出闪击发出的能量约100兆焦耳，约30度电的能量，相当于2千克汽油所放出的能量。0. 5 雷击破坏范围可覆盖1.5～2km；0. 6 雷电波的频谱位于几十HZ至一兆HZ之间，其能量主要集中于几十KHZ频段上；0.7 闪电通道内的气压可达10个大气压以上，产生的冲击波以约3000米/秒的速度向外传播。0. 8 雷电通道的温度可达6000～10000°C（太阳表面的温度为6000°C），甚至更高，雷电流通过金属导体，当导体截面不够大时，甚至可使其熔化，遇到易燃物质，可能引起火灾；0.9雷击点产生的热能足以熔化直径4～6mm的钢球，可以击穿厚度小于4mm的钢板。0. 10 在全世界范围内，每秒钟的雷击次数约为600 次。
电力系统防雷技术应用研究论文
摘要： 雷击对电力系统的破坏会产生严重后果，因而电力系统内外部的防雷要求也越来越高了。因为科技进步使得防雷技术不断发展，而雷电这种自然现象对电力系统的危害还是会一直存在，故而要想让电力系统安全供电，重点还是应该做好防雷工作。文章主要通过雷电对电力系统运行的影响论述来探讨电力系统防雷技术的应用，以期为电力系统的安全运行提供有益建议。
关键词： 电力系统；防雷技术；应用
作为自然现象之一的雷电会对电力系统造成击穿、线路损害、设备失灵等不同的损坏，而且还雷电涌流还会进入系统二次设备，让相关保护装置出现失灵之类的恶性事故，由此严重威胁电力系统的安全运行。也正是因为如此，人们一直在研究雷电及相关的防雷技术，通过大量的研究来研发更为有效的雷电保护装置，为电力系统的安全运行保驾护航。
1雷电与电力系统运行
尽管雷电属于自热现象，但是却是电力系统运行中的不可抗力，雷电是因为正电极存在负电荷而产生，能够在电场周围形成强大的高压，让空气绝缘被影响，受到损坏，而雷电间各种电极不断进行大量放电，尽管放电时间短且不会超过100，不过电流强度却高达100000A。闪电在放电中产生电火，在短时间内周围空气突然膨胀后爆鸣，从而产生了自然雷电现象。电力系统很容易被雷电所袭击，电力、设备与系统都会被电磁、热力影响，造成线路、电线等出现熔毁问题。并且电雷带来的高强度电压、电磁会极大影响电路与电线的绝缘体，只要存在高强度电压，电压强度就会很大，由此出现闪络问题，而这种问题在电力设备、线路等绝缘物体上发生就会让电力系统设备与线路出现损坏。尽管雷电会破坏电力系统的安全运行，不过只要采取合理的防范方法，就能够预防雷电灾害。当下，避雷针（线）安装、电力系统设备绝缘性提升、避雷保护装置设置等是比较常用的雷电防护措施。
2防雷技术在电力系统的应用
避雷器作为雷电流泄放通道，还可以被看成是等电位连接体，安装要对地，而在线路上并联，一般都处于高阻抗环境。雷击可以在一瞬间被避雷器导通，把雷电电流引向地上，同时让设备、线路、大地在等电位上，让电力系统不会因为强电势差而被损坏。雷击能量就打，只使用避雷器是无法完全把雷电流引入地上，也会损坏自身。所以，应该将功能不一样的避雷过压保护器件放置在各个电磁场强度空间。不同器件分工合作，让电流入地，保证低残压，也让避雷器的使用寿命更长。
2.1电源系统防雷
所谓电源系统防雷就是利用避雷过压保护计算机系统电源与相关的交流配电部分，蒋避雷器安装在雷电波可能侵入的电力进线部位。电源系统有很多不一样保护级别。电源避雷器的'选择应该要与额定通流容量、电压保护水平相适应，让避雷器能够抵御雷电冲击。电影避雷器中残压特性十分重要，要想避雷器的保护效果更好就应该要使其残压更低。另外，必须兼顾避雷器能够具有很高的最大连续工作电压。原因就是如果最大连续额定工作电压不够高，避雷器会很快损坏。电源避雷器需要贴上失效警告指示，还有方便监管、维护的遥测端口。电源避雷器要有阻燃作用，防止失效与自毁情况下的起火问题。电源避雷器通常都具有失效分离装置。如果不能避雷就会自动断开电源系统，而且电源系统也会正常运行。在安装电源避雷器的过程中，要注意和电源系统的连接线越短越好，所使用的阻燃型多股铜导线的横截面面积不能超过25mm2，要紧密地并排，可以绑扎布放。避雷器接地线所使用的25mm2到35mm2的阻燃型多股铜导线，要么尽量就近入地，要么就近和交流保护接地汇流排或者直接和接地网连接。
2.2通信系统防雷
一般数据线路上会串联接口避雷器，而且是以不影响数据传输作为应用依据。数据接口的工作带要宽、物理接口要合适，并且还要考虑到接口速率，以更好地保护避雷器。数据设备接口的连接为了增加插损，要少用转接方法，这样才可以让信号更好地传输。而在选择速率高的数据设备接口时，要考虑起驻波比、极间电容、漏电流小、响应时间快的数据避雷器。从信号工作电压层面选择动作电压、限制电压合理的数据接口，以保护避雷器。选择抗雷电冲击力强的数据避雷器时，应该要充分了解设备接口抗雷电要求。数据避雷器的接地连接一定要有效，就近连接接地线与被保护数据设备的地线，而接地线截面不能低于25mm2。
2.3机房接地改造
接地系统在电力系计算机系统避雷过压保护技术中有十分重要的作用。防静电接地、防雷接地、保护接地等都属于接地技术。这些接地的用途、意义、要求都不一样，糖醋分设每个独立接地体是较为常见的，不过，由于雷击环境中，防雷接地系统和别的接地系统有电势差，所以很容易出现反击事故，让电子设备被损坏。所以，需要等电位连接全部接地系统。
3结语 总之，电力系统在不断发展，而且被运用在社会生产生活的各个行业，因此其作用极大。我国经济发展日盛，电量需求巨大，电力供应异常重要。因此，需要对电力系统进行有效保护。一直以来，雷击对电力系统的影响尤甚，因而电力系统中防雷技术的应用受到高度重视。在电力系统防雷技术应用中，我们必须要通过具体的实际情况来采取科学、有效的防雷措施。在对电力系统的防雷工作中，要积极地采取新技术新措施，保证电力系统的正常运行，为人们的生产生活创造安全、稳定的环境。
参考文献：
[1]张金国.电力系统防雷措施研究[J].科技创业家,2013(4):63
[2]王少先.电力系统防雷工程设计浅谈[J].科技资讯,2012(2):51
通信局站集中监控系统的雷电防护 艾默生网络能源有限公司 戴传友 摘 要在简要分析通信局站集中监控系统雷击损坏的主要原因和雷电浪涌侵入途径的基础上，提出了监控系统雷电防护的基本措施。简单介绍了艾默生网络能源有限公司(ENP)集中监控系统雷电防护的主要技术特点。 关键词 集中监控系统 雷电浪涌 雷电防护 布线 线路屏蔽 等电位连接 浪涌保护器 LIGHTNING PROTECTION FOR ENVIRONMENT MONITORING SYSTEM OF TELECOMMUNICATION STATIONS/SITES DAI Chuanyou (Emerson Network Power Co., Ltd ， Shenzhen 518129 ， China) Abstract The main causes of lightning damage on environment monitoring system and the probable coupling paths of lightning surge are analyzed. The lightning protection measures for environment monitoring system in telecommunication stations/sites are recommended. In addition, the main lightning protection characteristics of ENP's environment monitoring system—PSMS are summarized in briefly. Key Words environment monitoring system; lightning surge; lightning protection; routing of cables; line screening; bonding; surge protective device(SPD) 近年来，随着集中监控系统在通信局站特别是移动通信基站中的广泛应用，监控系统因遭受雷击而损坏的事故时有发生。这种状况不仅不利于通信网的长期稳定、可靠运行，还造成人力、物力和财力上的浪费。因此，如何做好集中监控系统的雷电过电压防护，有效降低雷击事故发生率，是摆在运营商和设备制造商面前的一个重要问题。 1 概述 雷电浪涌造成监控系统损坏的主要原因有： 首先，监控系统采用了大量的高集成度微电子元器件，而这些元器件本身抗干扰的能力很低。随着微电子技术的迅猛发展，微电子元器件不断涌现，其集成度越来越高，所传递的信号电流也越来越小，对外界的干扰也越来越敏感。 其次，通信局站，特别是移动通信基站的实际运行环境比较恶劣。由于大部分通信局站内设有铁塔，比周围的建筑物 / 构筑物都高，遭受雷击的可能性比较大。加之由于技术或经济上的困难，部分局站没有按照相关规范的要求采取整体防雷措施，为站内监控系统留下了雷击隐患。 最后，长期以来，通信局站设备防雷都是以防止雷电浪涌沿局外线路感应为主，对监控系统等在局站范围内的系统的防雷研究较少。但事实上，由于监控系统的连接线路较多，有些线路的敷设长度可达 100 ～ 200 米甚至更长，一旦这些线路遭受雷电电磁场的影响，将雷电浪涌传到各监控设备的接口电路中去，从而对接口电路产生影响和冲击。 近年来，国内外相关标准对局站范围内部的各种通信系统（包括监控系统）的防雷问题也日益重视。如国际电信联盟 (ITU) 的 K.40 建议 [1] 对电信中心的雷电电磁脉冲的防护提出了指导性方法，而 K.41 建议 [2] 则规定了电信中心内部的通信线路和设备端口的浪涌抗扰性要求。这两个建议的提出表明，国际上已经开始重视通信局站内部设备的雷电浪涌的抗扰性要求。而在最新的通信行业标准 YD/T5098-2001 [3] 中也已经明确提出监控系统的雷电过电压保护的设计要求。 2 雷电浪涌侵入集中监控系统的途径 任何一个电磁干扰都必须具备以下三个条件：首先是干扰源，其次是传递干扰能量的途径或媒介（耦合途径），最后是对干扰产生反应的设备（敏感设备）。干扰源、耦合途径和敏感设备被称为干扰三因素。为减小到达敏感设备的干扰能量，必须先弄清干扰源的性质、干扰的耦合方式以及敏感设备自身的耐受能力，才能有的放矢，提出最有效的解决办法。 本文所考虑的干扰源就是雷电电磁脉冲（ LEMP ），它包括雷电放电电流以及雷电放电时在其周围空间产生的瞬态电磁场，反映在设备上就是雷电浪涌；敏感设备就是监控监控系统；对监控系统而言，雷电浪涌的耦合途径主要有： 1 、近场感应。雷击通信局站或其邻近区域时，会在其周围空间产生强大的瞬态电磁场，该电磁场会在处于其空间范围内的金属导线上感应出一定幅值的瞬态过电压（主要是磁场感应），感应过电压的大小主要取决于雷电流的变化率、线缆与雷击点的距离、线缆的长度、各线缆间形成的回路面积以及线缆是否有效屏蔽等因素。它主要施加在与线缆相连的设备端口上，以共模分量为主，差模分量的大小则视线缆的结构型式而定。感应过电压是造成通信局站内监控系统雷击损坏的主要原因。 2 、公共地阻抗耦合。雷击时，雷电流沿接地体入地时会引起接地体的地电位升高，如果设备或系统布置不当或者接地不当，会在接地系统与设备间产生较高的过电压（称为反击过电压），从而导致设备损坏。此外，当通过各种线缆（如信号线、数据线等）互连的设备间存在较大的地电位差时，也会导致设备的损坏。 3 、传导耦合，主要是指雷电侵入波。雷电侵入波又称为线路来波，它是指沿进局电缆以行波的方式窜入室内的雷电浪涌。雷电侵入波产生的根源可能是感应雷，也可能是直击雷，但从监控系统的角度来看，则可视为传导耦合。对于需要将监控信号上报的无人值守站（特别是移动基站），雷电侵入波是造成监控设备损坏的另一重要因素。 3 集中监控系统雷电防护的基本措施 集中监控系统具有线缆类型多、接口类型多、线缆数量大等特点，其雷电损坏以近区磁场感应过电压和雷电侵入波为主，因此监控系统的防护应针对上述特点，从整体上加以考虑，才能起到良好的防雷效果。 监控系统的雷电防护措施可以归纳为以下两个方面：其一、抑制或衰减雷电浪涌的耦合途径，主要措施包括屏蔽、合理布线、等电位连接和接地等；其二、提高监控设备本身的浪涌耐受能力，主要包括合理设计内部电路、加装电涌保护器等。 3.1 合理布线 如上所述，通信局站或其近区遭受雷击时，雷电电磁场在站内监控系统的线缆上产生的感应过电压主要取决于雷电流的变化率、线缆与雷击点的距离、线缆的长度以及各线缆间形成的回路面积以及线缆是否有效屏蔽等因素。因此，合理布线对减小感应过电压水平、降低监控设备雷击损坏率有着十分重要的意义。 在实施监控系统布线时应注意以下几个问题： 1 、局站范围内，严禁室外架空走线。室外架空走线有可能遭受直击雷，严重威胁监控系统的正常运行。此外，架空走线形成的环路面积较大，雷击时会产生较大的感应过电压。 2 、室外线缆的布放应尽量远离铁塔等可能遭受直击雷的结构物，应避免沿建筑物的墙角布线。 3 、室内各种监控线缆的布放应尽量集中在建筑物的中部。雷击时建筑物中部的空间电磁场相对较弱，因此将电缆布放在建筑物的中部可有效降低感应过电压。 4 、监控线缆及线槽的布放应尽可能避免紧靠建筑物的立柱或横梁。在不可避免时，应尽可能地减小沿立柱或横梁的布线长度。 3.2 线路屏蔽 屏蔽是电磁干扰防护及控制的最基本方法之一，其目的是限制或防止某一区域内外电磁场的相互耦合，将电磁场作用限制在规定的空间范围之内，即通过抑制耦合途径来减小干扰源对敏感设备的影响。对通信系统的雷电防护而言，屏蔽可分为建筑物的屏蔽、房间的屏蔽、设备的屏蔽和线缆的屏蔽。这里主要讨论线路的屏蔽。 常见的线路屏蔽方式主要有两类：其一、采用屏蔽套管或屏蔽槽等外部附加屏蔽；其二、采用屏蔽电缆。 屏蔽套管（金属管屏蔽）的主要优点是屏蔽效能良好，其主要缺点是柔软性差，施工不便。由于屏蔽槽存在较大的缝隙，其屏蔽效能比屏蔽套管的差。但由于其施工方便，如果在施工工程中做好接头和接缝处的处理，还是能取得一定的屏蔽效果。 采用屏蔽电缆是一种常用的线路屏蔽方式。尽管其屏蔽效能不如金属管屏蔽，但在线路不长（如小于 100m ）、外界电磁场干扰不是太强烈时，仍具有较好的屏蔽效能。 在实施线路的屏蔽时应特别注意以下几个问题： 1 、电缆屏蔽层、屏蔽套管或屏蔽槽等屏蔽体的两端必须接地。由于感应过电压主要是由近区磁场感应所致，屏蔽体两端接地后，在屏蔽体与地回路间形成一个闭合的环路，该环路中所链接的磁场所感应出的电势在环路中形成感应电流，该电流产生的磁场方向与干扰磁场方向相反，从而抵消或减小外界干扰磁场对芯线的影响，大幅度降低芯线的感应过电压。 2 、为最大限度地利用屏蔽体的感应电流，任何影响电流流通的因素都应加以注意。如屏蔽体在整个电缆长度上必须是导电贯通的，并尽可能多点就近接地；做好屏蔽体接头和接缝处的连接，以期获得稳定的低阻抗电气连接；做好屏蔽体的接地，尽可能降低接地引线的阻抗等。 3 、在工程实际中，应充分利用现有的金属走线槽和走线架，屏蔽电缆和金属走线槽的配合使用可获得附加的屏蔽效能。 3.3 等电位连接和接地 适当的等电位连接和接地是减小反击过电压和地电位差的有效措施。 等电位连接是用连接导体或浪涌保护器将处在需要防雷空间内的防雷装置、建筑物的金属构架、金属装置、外来导体、电气或电子设备等连接起来，其目的是减小需要防雷空间内的各金属部件以及各系统之间的电位差。通信局站的等电位连接和接地包括：由建筑物金属构架、防直击雷装置以及外来导体等相互连接而成的公共连接网，局站内各通信系统所建立的局部等电位连接网，以及上述各连接网间的连接和接地。 原则上讲，监控系统的外露导电部分所形成的局部等电位连接网可具有以下两种结构型式： S 型（星形结构）和 M 型（网型结构）。相应地，它们与公共连接网的连接方式应分别采用 Ss 型和 Mm 型。如图 1 所示。 星形结构一般适用于较小的闭环系统，系统内设备间以及设备与外界的连接线较少，容易与公共接地网隔离。当采用星形结构时，系统的所有金属组件除连接点外，应与公共连接网有足够的绝缘，即仅通过唯一的点连接到公共连接网中形成 Ss 型。此时，设备间的所有线缆应按照星型结构与等电位连接线平行敷设，以避免产生感应环路。 Ss 型等电位连接网的主要优点是能抑制外界的低频干扰。其缺点是维护和扩容比较麻烦，且在高频下易引入干扰。 网状结构一般适用于延伸较大的开环系统，系统内设备间以及设备与外界的连接线较多而且复杂。当采用网状结构时，系统的各金属组件应通过多点就近与公共接地网相连形成 Mm 型。 Mm 形等电位连接网的主要优点是在高频时可获得一个低阻抗网络，对外界电磁场有一定的衰减作用，且维护和扩容比较方便。其缺点是理论上可能会引入低频干扰。 由于监控系统的采集设备与其它设备间存在广泛的互连，监控设备间的连接线缆也比较多，而且采用了大量的屏蔽电缆。适合于采用 Mm 型等电位连接网。同时，通信局站的实际运行经验表明，合理设计和施工的 Mm 型等电位连接网一般不会引入低频干扰。 3.4 内部电路的合理设计 在采用了合理的线缆布置、有效的线路屏蔽以及适当的等电位连接和接地措施后，到达监控设备的浪涌能量会大幅度降低，从而减小雷电浪涌对监控设备的危害。但上述措施不能完全消灭达到监控设备的雷电浪涌，特别是当部分局站没有按照相关规范的要求采取整体防雷措施而导致站内监控设备所处的电磁环境比较恶劣时，雷电浪涌对监控设备的危害仍然存在。因此，在有效抑制雷电浪涌耦合途径的同时，应提高监控设备自身的浪涌耐受水平。 由于感应过电压和反击过电压或地电位差对设备造成损坏的主要原因是共模过电压，适当提高监控设备内模块的共模耐受水平可有效地防止此类损坏。 实际运行经验表明，监控设备的损坏大部分表现在设备的接口部分，因此应审慎地设计监控设备的接口部分电路，以提高其浪涌耐受能力。为达到这一目的，可采用的方法有：优选接口芯片、采用电气 / 光电隔离技术、内置浪涌吸收电路等。 3.5 接口防护（加装电涌保护器） 运行经验表明，在综合采用上述防护措施后，基本上可以防止绝大多数由感应过电压和反击过电压或地电位差造成的监控设备的损坏。但在以下两种情况下，监控设备仍有可能因雷电浪涌而损坏： 1 、对于需要将监控信号上报的无人值守站（特别是移动基站），外引线（如 E1 线、电话线或 RS422 等信号线）可能会将较大幅值的雷电侵入波引入监控系统。 2 、当通信局站遭受直接雷击且雷击强度较大时，在站区内的长距离监控线缆中可能还会感应出较大的过电压。 此时，可采用加装浪涌保护器（ SPD ）来降低雷击事故率。 信号线用 SPD 的选用应注意以下几个问题： 1 、 SPD 的保护水平应满足监控设备浪涌耐受水平的需要。 2 、 SPD 应满足信号传输速率及带宽的需要，其接口应与被保护设备兼容。 3 、 SPD 的插入损耗应满足监控设备的要求。 4 、 SPD 的标称放电电流应满足标准 [3] 的要求。 4 ENP 集中监控系统（ PSMS ）的防雷技术特点 在认真研究集中监控系统雷击损坏原因和失效机理的基础上，我们提出了 ENP 集中监控系统的雷电防护的整体方案，该方案具有以下主要技术特点： 1 、将监控系统作为整体进行考虑，综合采用线路屏蔽、合理布线、等电位连接和接地、加装 SPD 等措施，抑制了雷电浪涌与监控系统间的耦合路径，最大程度地减小了感应过电压、反击过电压以及雷电侵入波对监控系统的危害，大幅度地提高了监控系统的整体防护性能； 2 、通过内部电路的合理设计，提高了监控设备自身的浪涌耐受能力； 3 、对于雷击重点部位，采用有效的接口防护措施，极大地提升了监控系统的雷电防护能力。主要端口的标称放电电流达 5kA 以上，远高于 YD/T5098-2001 [3] 的相关要求。 参考文献 [1] ITU-T K.40 (1996) Protection against LEMP in telecommunications centres [2] ITU-T K.41 (1998) Resistibility of internal interfaces of telecommunication centres to surge overvoltages [3] YD/T 5098-2001 ，通信局（站）雷电过电压保护工程设计规范 转帖]远动设备的防雷及过电压保护远动设备的防雷及过电压保护 （2004-5-31） 陈国俊，谭永忠 Lightning and over-voltage protection of telecontrol equipment CHEN Guo-jun，TAN Yong-zhong (Nanhai Power Bureau，Foshan，Guangdong 528200，China) Abstract：The urgency of strengthening lightning and over-voltage protection of telecontrol equipment is expounded with specific measures presented. Key words：telecontrol equipment；lightning protection；over-voltage protection 摘 要：阐述了加强远动设备防雷及过电压保护的紧迫性，并提出了具体的防护措施。 关键词：远动设备；防雷；过电压保护 中图分类号：TP806.3；TM862 文献标识码：B 由于早期RTU所选用元器件的局限性，RTU对雷电等电磁脉冲和过电压的耐受能力很低。当雷电等过电压和伴随的电磁场达到某一阀值时，会导致元器件甚至设备的永久性损坏，严重影响RTU的可靠运行。 变电站都有比较完善的防雷系统，因而雷电直击远动设备的可能性不大，但是，雷击附近大地、架空线路和空中雷雨云放电时直接形成的，或者由于静电及电磁感应形成的冲击过电压，却可能通过与之相连的电源线路、信号线路或接地系统，穿过各种接口，以传导、耦合、辐射等形式，侵入远动设备并酿成严重的干扰或事故。 因此，加强和改进远动设备的防护，尽量减少其遭受雷电等冲击干扰的损害，已成为变电站实现无人值班亟待解决的问题。1 远动设备雷击损坏情况 南海电力局从1993年开展调度自动化工作，1996年开始试行无人值班。但是，在每年 的雷雨季节，具备四遥功能的变电站(RTU结构见图1)，都发生多次雷电损坏RTU和当地监控电脑串行口的事故，最多的一年达二十多起。损坏的程度不一，其中最严重的一次，官窑110 kV变电站因雷电损坏遥信隔离板5块，通信扩展板1块，主板1块；110 kV海北、沙涌、东二等变电站共损坏通信扩展板、主板十多块；6台监控电脑串行口损坏，给远动维护护工作带来很大的麻烦。只有很好地解决变电站远动设备防雷击损坏问题，才能保证变电站无人值班安全运行。图1 RTU结构框图2 远动设备受雷电损坏的原因2.1 变电站远动设备与外围设备相连接 RTU各功能模板以各种方式与其他设备直接相连。变电站中比较典型的RTU电气连接见图2， 其中与当地监控电脑及微机保护装置相连的串行通信电缆均处在控制室范围内，二次测量、控制及信号电缆一部分则直接与高压场地一次设备相连。图2 RTU在变电站中的电气连接2.2 RTU受雷电损坏的原因 a)电源线引入雷电 雷电引起的瞬时高电压，如果不加遏制，直接由电源线引入RTU，会影响其电源模块正常工作，使各功能模块的工作电压升高而工作不正常，严重时甚至会损坏模块，烧坏元器件(IC) 。 b)通信线引入雷电 由雷电引起通信线两端设备之间电位差直接作用于相对脆弱的串行通信口，会损坏RTU及与 其通信的设备的串行口，严重时会损坏整个功能板。 c)二次电缆引入雷电 直接与一次设备相连的二次连接电缆感生的感应过电压作用于RTU的各隔离板，击穿隔离板 输入隔离器件，造成RTU板件损坏。 d)接地不规范 由于接地不规范，不同接地点之间雷电时易形成较高的电位差，产生的电磁干扰会影响RTU的运行，损坏RTU模板；同时，雷电引起的地电位升高，亦通过设备的接地线引入RTU，此过电压同样会损坏RTU模板。3 防护措施 电子设备的防雷和过电压保护是一个系统工程，必须贯彻综合防护思想。综合运用分流(泄流)、均压、屏蔽、接地和保护(箝位)等技术，构成一个完整的防护体系，它适用于电力系统、建筑防雷和各种电子设施的通用防护模式，而对于一个特定的电子系统(设备)，例如远动系统的防护，则需根据远动设备的特点，结合变电站的实际情况，灵活应用，采用具体措施，构成一个完整的防护体系〔1〕。 近几年，我们通过对远动设备受雷击损坏的分析，在实际远行中采取了如下措施： a)远动设备的工作电源，可用直流电源的、优先采用直流供电； b)加装电源保护器。对于采用交流电源的远动设备(包括当地监控用电脑)，在UPS前加装了CRITEC交流电源防雷器。该产品工作稳定，性能可靠，且能将输出电压箝位在240 V左右。即当防雷器输入端瞬时电压不超过6 kV时，其输出电压不会超过240 V。 c)加装光电隔离器。对于所有的串行通信口，加装9C4型光隔离长线收发器，使相互通信的两设备通信端口之间无直接的电联系，有效地防止通过通信线引入的过电压；对相互通信的两设备之间的电位差进行隔离，从而有效地保护被保护设备的串行口不被损坏。 d)解除RTU内部的信号接地点。将RTU内部的信号地与大地脱离开，防止地电位升高直接侵入 RTU而损坏RTU模块板件。 e)采用等电位连接。在需要防雷的空间遭遇雷电等过电压时，使所有各相关部分(电路板)不 存在明显电位差〔2〕，保护电路板不受损坏。4 结束语 从1997年开始，采用以上措施后，南海电力局运行中的RTU工作稳定，取得了理想的运行效果，保证了无人值班工作的顺利进行。 作者简介：陈国俊(1970-)，男，湖北孝感人，助理工程师，工学学士， 主要从事变电站遥动设备的维护工作。作者单位：南海电力工业局，广东 佛山 528200 参考文献 〔1〕 张伟钹.仪征输油站仪表微机监测系统的防雷及过电压保护〔J〕.电网技术，1997. 〔2〕 苏邦礼.现代防雷技术最重要的是等电位连接〔J〕.广东电力，1998.
由于移动通信基站的天线设置大多安装在建筑物的房顶上，还有一部分安装在铁塔上，相对周围环境而言，形成十分突出的目标，从而导致雷击概率增多。通信设备损坏，耗费了大量人力财力。怎样才能有效地预防雷害，确保移动通信基站设备和工作人员的安全呢？几年来的维护经验告诉我们：必须根据每个基站的实际情况设计移动通信基站的防雷接地系统，实施基站针对性防雷。1 认清移动基站雷害的主要原因移动基站防雷是一个复杂的系统工程，过去我们按照防雷理论，尽量提高基站防雷系统的泄流能力，选用了80KA甚至100ka的大型防雷器，但是防雷效果却不尽人意，经常出现基站防雷器没有明显动作，基站设备却已经发生损坏。是防雷器不好吗？不，防雷器都是检测合格的入网产品。原来是我们没有按照基站的实际情况设计防雷系统。我们调查统计了全省近两年来的雷击事故，得出一条重要数据；基站内设备被直击雷和雷电感应破坏的概率为零。这是因为基站设备包括基站室外电力变压器的位置普遍较低，完全处于建筑防雷设施或铁塔以及架空线路避雷系统和建筑防雷等外围的避雷系统泄放，所以基站设备很难遭到直击雷损害。另外我们基站内的设备外壳、天馈线、走线架等金融物全部安装了保护接地，再加上与室外的雷击点和避雷器接地引线有足够的距离，所以雷电感应也很难发挥作用。几年来雷击事故的主要现象为：基站B级防雷器保护空开动作，部分单相交流设备和直流设备损坏。我们从中不难看出地电压反击和雷电波侵入是造成基站设备损坏的主要原因。所以基站防雷系统应以防止地电压反击和雷电波侵入为主要目标。2 防止地电压反击是基站防雷接地的主要课题当雷电流基站附近的避雷器对地泄放时，由于接地电阻的存在必然引起基站工作地的电位升高，基站直流负荷如BTS电源、开关电源的监控单元、基站的动力环境监控器等设备相对远端地一般都存在寄生电容，这些设备一端接工作接地，无流的远端地与基站的工作接地间存在电位差，因而产生差模脉冲电压。当超过设备绝缘耐压的容许限度时必然造成设备的损坏。基站的单相交流负荷如基站空调、照明等设备的零线接在变压器的交流地上，当雷电流沿基站附近的避雷器对地泄放时，变压器的交流地和交流重复接地电位也会升高，因此基站的单相交流设备也同样存在地电压反击的问题。我们把基站设备与接地有关的电路简单等效为线路电阻、线路寄生电感（可忽略不计）、线路负载（如传感器、BTS、空调、灯具等）、终端对远端地寄生电容组成的串联回路。假设基站的冲击接地电r为2欧姆，防雷器对地的泄放电流为2kA，这时基站的接地排的瞬间电压为U=1*r=4kV，可见负载两端的瞬间浪涌电压可达4kV，如不采取措施，必然造成设备损坏。3 因地制宜消减反击电压那么怎样才能避免地电压反击造成的损失呢？我们一般很自然会想到使用交流过压保护器和直流浪涌抑制器，即在交流变压器的低压侧、基站交流配电箱的地零间加装交流过压保护器；在直流负载的电源输入端加装浪涌抑制器。所有交流过压保护器和直流浪涌抑制器必须靠近被保护的设备安装，避免被保护设备由于接地或电源引线过长引起脉冲反射。除此之外一个非常重要的问题就是将基站的工作接地与室外避雷器接地在基站地网上的引接点分开焊接，这样可以大大降低基站工作接地母排的电压浪涌幅值。众所周知，雷电电流沿地网泄放时，在避雷器引下线与地网连接点附近土壤内形成一个强电位场，距离越近电压越高。将基站工作接地与室外避雷器接地分开，可以大大降低基站的反击电压。所以YD5068-98《移动通信基站防雷与设计规范》明确指出：基站工作地与防雷地在基站联合接地网上的引接点距离不应小于5m，条件允许时宜间距10-15m。实际上除电力线路外，基站的铁塔遭雷击次数最多，与铁塔共用接地网的基站经常受到地电压反击的损害，如果铁塔地网边缘距离基站大于5m，应在基站附近另建环形工作接地网；条件差的基站可以沿铁塔地网与基站工作接地引接线，补设接地桩；只能利用铁塔地网的基站也应把铁塔避雷接地的引接点与工作接地的引接点分别在对角塔基上安装。对于山项基站尤其应注意将基站的工作接地与铁塔避雷接地及站基室外接地分开，因为山顶基站的接地电阻较大，接地引线较长，雷电流泄放相对缓慢，所以地电压反击比较严重。降低基站接地电阻也有利于电压反击事故。接地电阻较大的山上基站，可利用塔基钢筋、蓄水池、无爆炸和电击危险的金属管路等自然接地体，埋设地桩有困难的山上基站也可从塔基沿山体的自然沟壑，最好选择阴暗潮湿的地方，制作横向辐射接地网，辐射接地网长度应小于30m，塔基四周辐射的横向接地网越多也有利于雷电散流。4 适当地选用电源线路保护空开防止雷电波侵入避雷器的响应特性有远近软硬之分：气体放电管和火花间隙防雷器是基于斩弧技术的角形火花隙和同轴放电火花隙，当线中电压超过防雷器的击穿电压后，防雷器的绝缘电阻立刻急剧下降，放电能力较强，残压相对较高，恢复电压低于原来的击穿电压，属于硬响应特性：属于软响应特性的压敏电阻和浪涌抑制二极管，其特点是响应时间短，放电电流小，残压低，而且恢复电压基本不变。硬响应特性的防雷器工频后续电流和防雷器绝缘劣化可能造成线路短路，所以防雷器前面应该配置过流保护空气开关或熔丝。其额定电流应小于防雷器的最大短路允许强度。如果主电路保护空开关大于防雷器的最大保险丝强度，应设避雷器分路保护空开。众所周知，雷电波的脉冲宽度为纳秒级，所以一般防雷器均以响应时间达到纳秒为标准。有人就把基站的防雷系统按照纳秒纺防雷时间进行设计，比如在C级防雷器上加装了很小的保护空开如：20A或32A，认为这样既防雷又安全。实际上在所有基站设备发生过压损坏的雷击事故中，防雷器保护空开动作占100%、防雷器正常占90%以上，显而易见，由于防雷器保护空开的断路作用，防雷器并没有完全起到泄放雷电、限制电压的作用，防雷器并没有完全起到泄放雷电、限制电压的作用。这种事例却从反面证实了应该选用较小的设备的保护空开，并且把防雷器紧靠被保护设备安装，使被保护设备与防雷器具有相同的安全级别。纳秒级的雷电波在对地泄放中产生的地电压反击和雷电波侵入作用时间可能被延长至毫秒甚至更长。我们把受地电压反击和雷电波侵入影响的基站设备简单等效为寄生电感、回路电阻、对地电容组成的串联的电路。由于电感、电容的储能作用，即使不发生震荡，高压脉冲在衰减过程中其存在时间也会被大大延滞，另外雷击经常造成电网操作过电压的持续时间更长，所以我们在选用防雷器和设备的保护空开时，应根据防雷器的最大允许熔丝电流和线路的进线容许短路电流以及设备的负荷电流综合考虑。5 实现分级防雷防雷器的残压是保护基站设备的最重要参数，一般来讲，泄流能力强的防雷器，响应时间长，残压高。世界上没有任何一种防雷器能满足所有混合雷电冲击波、残压以及响应时间指标要求，所以应根据表1中基站电源设备的绝缘等级划分防雷层次，实现多级防护，对雷电能量逐级减弱，使各级防雷器残压相互配合，最终使过电压值限制在设备绝缘强度之内。另外多级防护对于某一级防雷器失效、防雷器的残压不配合设备绝缘强度等也是必须的。我们认为应该结合YD5078-98《通信工程电源系统防雷技术规定》和基站的实际情况，从交流电力网高压线路开始，根据基站主要电源配套设备的耐雷电冲击指标和防雷器残压要求，采取分级协调的防护措施，进行基站的防雷系统设备。避雷器的直流1mAA参考电压是我们选择避雷器的绝缘要求，选用时应考虑电网的电压波动上限值和操作过电压远小于直流1mA参考电压。实现各级防雷器的能量分配与电压配合的要点在于利用两级防雷器之间线缆本身的感抗。电缆本身的感抗有一定的阻碍电流及分压作用，使雷电流更多地被分配到前级泄放。当保护地线与其它线缆紧贴敷设或处于同一条电缆之内时，要求两级防雷器之间线缆长度在15m左右，当防雷器接地线与被保护电缆有一定距离（>1m），这时要求线缆长度大于5m即可。在一些不适合采用线缆本身作退耦措施的，如两级防雷器靠近或线缆长度较短时，可利用专门的退耦器件，这时无距离要求。因你是匿名提问,所以无法联系你,还有一份方案,要的话来邮件索取
这种色散将导致非物理原因引起的脉冲波形的畸变、人为的各向异性及虚拟的绕射参考文献〔1〕文舸一．计算电磁学的进展与展望〔J〕．电子学报，1995，
电磁学是物理学的一个分支。电学与磁学领域有著紧密关系，广义的电磁学可以说是包含电学和磁学，但狭义来说是一门探讨电性与磁性交互关系的学科。 主要研究电磁波，电磁场以及有关电荷，带电物体的动力学等等。电磁学或称电动力学或经典电动力学。之所以称为经典，是因为它不包括现代的量子电动力学的内容。电动力学这样一个术语使用并不是非常严格，有时它也用来指电磁学中去除了静电学、静磁学后剩下的部分，是指电磁学与力学结合的部分。这个部分处理电磁场对带电粒子的力学影响。电磁学的基本理论由19世纪的许多物理学家发展起来，麦克斯韦方程组通过一组方程统一了所有的这些工作，并且揭示出了光作为电磁波的本质。电磁学的基本方程式为麦克斯韦方程组，此方程组在经典力学的相对运动转换（伽利略变换）下形式会变，在伽里略变换下，光速在不同惯性座标下会不同。保持麦克斯韦方程组形式不变的变换为洛伦兹变换，在此变换下，不同惯性座标下光速恒定。二十世纪初迈克耳孙-莫雷实验支持光速不变，光速不变亦成为爱因斯坦的狭义相对论的基石。取而代之，洛伦兹变换亦成为较伽利略变换更精密的惯性座标转换方式。静磁现象和静电现象很早就受到人类注意。中国远古黄帝时候就已经发现了磁石吸铁、磁石指南以及摩擦生电等现象。系统地对这些现象进行研究则始於16世纪。1600年英国医生威廉·吉尔伯特(William Gilbert，1544～1603)发表了<论磁、磁饱和地球作为一个巨大的磁体>(Demagnete，magneticisque corporibus et de magnomagnete tellure)。他总结了前人对磁的研究，周密地讨论了地磁的性质，记载了大量实验，使磁学从经验转变为科学。书中他也记载了电学方面的研究。