基于渐进圆锥天线的ns前沿电磁脉冲电场传感器

为了对ns级上升沿的电磁脉冲电场进行测量,研制了一种基于D-dot渐进圆锥天线的电场传感器。设计采用单极子渐进圆锥天线作为电场传感器的接收天线,并通过建模仿真验证了该天线的性能;通过电光转换模块将天线感应的电信号转换为光强度信号并通过光纤传输;利用软件积分对传感器测得的电场微分信号进行处理;通过测试试验验证了传感器的性能。研究表明,所研制的电场传感器能够测量上升沿大于1.5ns的脉冲电场,具有体积小、线性度高的优点。     

基于FPGA的电磁脉冲电场测量系统

为了测量纳秒级前沿的电磁脉冲电场,研制了一种基于现场可编程门阵列(FPGA)的宽频带电磁脉冲电场测量系统,该系统采用单极子天线作为电场探头的接收天线,高速AD采集调理电路输出的电压信号,由FPGA接收AD采样的数据并保存至DDR2和FLASH存储器中;分析了系统的整体方案;对系统的信号调理、采集的触发方式、FPGA控制以及干扰屏蔽等关键技术进行了重点分析;通过电场探头、电磁脉冲模拟器、PTEM暗室、衰减器以及示波器进行了性能和功能验证实验;利用软件将电场探头和示波器测得的信号进行处理和对比;实验表明,所研制的电场探头可以测量前沿大于2.5ns、电场强度为0~50kV/m的脉冲电场,系统线性度好,体积小,抗干扰性能好,测量准确性高。     

电场极化方向对自由空间电场测量的影响

介绍了自主研制的脉冲电场原始波形测量系统的模块组成与基本工作原理。针对在未知被测电场方向及复杂的电场环境下垂直干扰电场对自由空间电场测量产生的影响,通过建立自由空间电场测量系统前端的简化模型,对不同尺寸天线与屏蔽盒进行仿真计算。仿真计算结果与理论分析基本一致,结果表明:干扰电场响应信号与待测电场响应信号相差2个数量级以上,干扰电场的影响可忽略不计。     

电缆电磁脉冲屏蔽效能的辐射法测量

分析了电缆电磁脉冲屏蔽效能传统测量方法的局限,提出了辐射法测量电缆电磁脉冲屏蔽效能的试验方法。该方法根据互易性原理,将屏蔽效能定义中的电缆耦合场测量转变成电缆辐射场测量。通过电缆屏蔽前后辐射场的测量,得到电缆的电磁脉冲屏蔽效能。以SYV50-5同轴电缆为对象,采用辐射法研究了其对电磁脉冲的屏蔽效能,试验取得了较理想的效果。由于互易性原理对介质空间除了线性没有特别的要求,对于传统方法很难处理的多芯电缆、双屏蔽电缆、特种电缆等的屏蔽效能测量,辐射法测量同样有效。通过改变传感器的类型测量辐射磁场,还可以得到电缆对磁场的屏蔽效能。     

一种基于双环差分结构的脉冲磁场传感器

雷击近场等强电场环境下的磁场测量是电磁脉冲测量技术中的难点之一,由于输出端结构的径向非对称性,传统的环天线很难避免电场干扰。针对于此,研制了一种基于双环差分结构的脉冲磁场传感器,该传感器由双环天线和光传输系统组成。根据近场电磁场量的分布特性,双环天线选择平行镜像对称放置的方式,从而能够将终端电压区分为磁场响应分量和电场响应分量,再通过末端差分电路即可去除电场响应分量,得到纯净的磁场响应分量。试验表明,在邻近雷击环境模拟装置中,双环传感器相较于单环传感器具备更强的抗电场干扰能力,能够实现磁场的准确测量。     

小型短电磁脉冲传感器

对一种短偶极子类小型短电磁脉冲传感器进行了研究,分析了传感器电容、有效面积与结构参数之间的解析关系,给出了传感器的工作原理。根据应用需求设计了不同带宽的该类传感器,并对其波形保真性和有效面积进行了数值分析,仿真结果表明:经传感器接收并还原所得场波形与激励电场波形几乎完全重合,传感器有效面积与理论分析结果偏差小于1%。对传感器的焊接、定位和对轴等制作工艺进行了研究,完成了传感器样品的制作。利用单锥TEM室对传感器的波形保真性和有效面积进行了实验测试,测试结果表明:设计制作的传感器样品可以很好地恢复待测脉冲电场的波形和幅度,两支传感器样品的有效面积实测结果与解析计算结果较为一致,偏差分别小于4%和7%。     

基于单数码相机的三维视觉测量数据拼接方法

针对大型物体三维形貌视觉测量,提出了一种新的视觉测量三维数据拼接方法。以一台高分辨率数码相机作为全局测量设备,在测量过程中固定不动,并以数码相机坐标系作为全局坐标系。视觉传感器流动到不同位置对物体各子区域进行测量,获得局部坐标系下的三维数据。以一平面靶标为中介将视觉传感器在各位置的局部坐标系统一到全局坐标系下,从而将三维数据统一到全局坐标系下,完成三维拼接。该方法无需在被测物上贴标记,因此适用于任何材质的被测物,且消除了拼接累积误差。实验结果表明,该方法相对拼接误差为0.076%。以Venus石膏像为被测对象,视觉传感器对其三个局部区域进行测量,给出了局部测量结果及拼接结果。     

镜面单锥结构超宽谱短脉冲电场标准装置

针对目前超宽谱短脉冲电场测量传感器标定问题,研制了以镜面单锥结构为核心的超宽谱短脉冲电场标准装置,用于超宽谱短脉冲测量传感器校准。该标准装置内部的电场分布可基于结构参数、麦克斯韦方程及激励脉冲解析给出。通过理论分析和数值分析验证了该技术路线的可行性。完成了标准装置的机械工艺设计及加工,并进行了测试。测试结果表明:研制的标准装置在馈电处电压反射系数小于4%;内部电场波形与激励波形一致,且电场幅度分布与严格理论结果偏差小于6%。     

脉冲电场屏蔽效能测试系统及测试方法

 自主研制了一套小型脉冲电场屏蔽效能测试系统，该系统由脉冲电场发射设备和脉冲电场测试设备构成。脉冲电场发射设备的天线口面前60 cm处可产生峰值达7.5 kV/m的脉冲电场，测试设备的动态测试范围达97 dB。系统采用光纤测量设备，在测量工作中能有效抑制强电磁场干扰。采用Matlab编写自动测量及数据处理程序，实现了数据采集与处理自动化。实验测量了金属桥架、控制柜、屏蔽帐篷、导电水泥混凝土房的脉冲电场屏蔽效能，其脉冲电场峰值衰减量分别为52,64,66,30 dB。实验表明可用脉冲电场的峰值衰减量来评估屏蔽体的脉冲电场屏蔽效能。     

基于原始波形测量的脉冲电场探测器

介绍了脉冲电场微分测量和原始波形测量的基本原理,设计研制了一系列不同灵敏度的脉冲电场原始波形测量系统,分析了脉冲电场探测器的理论修正模型。该测量系统主要包括天线模块、积分器模块、放大和驱动模块以及光电传输模块,利用同轴型TEM小室对测量系统进行了时域标定。结果表明:测量系统的前沿响应时间小于1.0 ns,系统输出脉冲平顶在10.0μs内下降不超过5%,测量系统输出幅度与电场强度在20 dB的动态范围内呈线性关系,该系列探测器可以用来测量最小10 V/m、最大100 kV/m的电场强度,满足高空电磁脉冲标准环境的测量要求。     

电大开孔箱体屏蔽效能分析解析模型

电磁脉冲武器能够通过"前、后门"耦合效应对箱体内部电子元器件及电路板造成损伤,从而对电气电子设备的安全性构成严重威胁,因此,开展箱体电磁屏蔽效能的分析研究具有重要意义.推导了任意入射波条件下电大开孔箱体屏蔽系数的解析解,并在此基础上对箱体屏蔽效能进行了分析研究.首先通过矢量分解,得出任意入射平面波的坐标分量;再基于Cohn模型,获得了电大开孔的等效电偶、磁偶极子;然后通过镜像原理,计算出总的赫兹电矢量位、磁矢量位;最终求得电大开孔箱体内部任意观测点的电场解析解,用于箱体屏蔽系数计算.设计了5组验证性实验,仿真结果表明:该解析算法相对CST的均方误差为11.565 d B,绝对误差为8.015 d B,相关系数为0.921,从而验证了该算法的准确性;解析算法仿真的平均耗时为0.183 s,仅占CST耗时的1/7530,从而验证了该算法的高效性.     

电磁脉冲辐射器近区场数值模拟

 电磁脉冲辐射器是便携式电磁脉冲电场屏蔽效能测试设备的关键部分。提出了一套小型电磁脉冲辐射器的方案，并采用时域有限差分法在计算机上模拟了辐射器产生的近区电磁场, 结果表明，如果高压脉冲源产生的脉冲电压为双指数波，则通过天线辐射产生的近区场的波形也为双指数波，从而，使近场参数均能达到测试设备所要求的指标，说明所提供电磁脉冲辐射器的方案为可行。     

高功率微波对双层屏蔽腔体的孔缝耦合特性

 用多模传输线模型对高功率微波与双层屏蔽腔体的孔缝耦合特性进行了研究,此方法可以考虑高功率微波孔缝耦合进入腔内时的较宽的频率范围。用这种模拟方法获得了双层屏蔽腔体微波耦合的一些规律性结果：双层屏蔽可以使得腔体内的耦合电场比单层屏蔽时有显著的减弱,这与FDTD方法的结论是一致的;双层屏蔽外腔体中的一些谐振会影响到内腔体的耦合系数,外腔体中的场模式经由内孔缝会影响内腔体中的场模式;不论是单层屏蔽还是双层屏蔽,保持每层孔缝总面积不变时,随着孔阵中孔缝数量的增加,进入腔体内的耦合电场也逐步地减弱,这与单层屏蔽时的结论一致;通风总面积不变的情况下,孔缝数量越多,屏蔽效能越好。     

微带线电路板端口对入射电磁波的电压响应

 在考虑电磁波与电子设备的耦合时,屏蔽腔中电路板端口对入射电磁波的电压响应是一个重要的参数。分别计算了微带线电路板端口在自由空间和在屏蔽腔内这两种不同情况下的电压响应,以及屏蔽腔内耦合系数的变化。对所得结果进行了比较分析,结果表明,在自由空间时,响应电压频谱为连续的变化,而在屏蔽腔内时,只有在本征模的频率处才会激励起端口电压,频谱分布变为分立的。当屏蔽腔上开有窄缝时,窄缝方向和入射场极化方向对激励起来的端口电压都有影响,而电场极化方向和微带线方向之间的关系,是决定端口激励电压大小的关键因素。     

开孔矩形腔体的近场电磁屏蔽效能研究

基于扩展的等效电路方法, 建立了电偶极子和磁偶极子天线近场照射下开孔矩形腔体电磁屏蔽效能计算的近似解析模型, 计算分析了场源–腔体距离对电场和磁场屏蔽效能的影响规律. 结果表明在近场区, 屏蔽效能随场源–腔体距离的减小而明显减小, 近场屏蔽效能小于远场屏蔽效能. 基于Bethe小孔耦合理论, 得出了描述近场和远场屏蔽效能关系的解析公式, 并用该公式检验了等效电路方法计算结果的可信性. 关键词： 电磁屏蔽 矩形腔体 近场 Bethe 理论     

红外地平仪地球模拟器光学校准精度分析

针对适用于双圆锥扫描红外地平仪地面检测体积相对较大的地球模拟器,使用两台电子经纬仪建立三维坐标测量系统,采用全测角的方法计算并实时显示被测点的三维坐标值,可以大大提高光学校准精度。基于坐标值的计算以及地球模拟器的模拟原理,首先对地球模拟器进行精密校准,然后基于误差传递公式计算直角坐标的校准测试误差,对光学校准精度进行分析,最终实现红外地球敏感器姿态角测量的误差分析。计算与实际测量结果表明,通过使用实时三维测量系统对地球模拟器进行精密校准后,双圆锥扫描红外地平仪的姿态角模拟测试误差可降低到0.01°以下。验证了该测量系统在大型航天地面检测设备中的有效性与实用性。     

三维静电场实验仪

为克服传统方法不能真实反映静电场的三维本质,综合应用了机械、电子、MCU、传感器、步进电机和计算机接口等技术研制了静电场三维实验仪,实现了静电场的三维空间坐标量和电量的测控,并用所研制的静电场三维实验仪对部分特殊电极所形成的电场进行了模拟实验研究.     

无人机外壳屏蔽效能测试方法

为研究无人机壳体的屏蔽效能,基于数值仿真软件CST建立了无人机外壳的计算模型,分析了电磁波辐照方向、极化方式对无人机壳体内部电磁场分布的影响,得到了无人机壳体的屏蔽效能随壳体材料电磁参数的变化规律。提出了使用频率搅拌混响室测试无人机外壳屏蔽效能的方法,给出了测试流程,构建了测试系统,验证了该方法的有效性。结果表明:混响室频率搅拌方式能够在无人机壳体内部得到统计均匀的电磁场,在1~10 GHz频段壳体屏蔽效能在8~10 dB,不同测量位置得到的屏蔽效能测试结果偏差小于3 dB的概率为94%。