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%。     

球形光纤传输三维电场传感器

研制了一套用于小空间电磁脉冲测试的光纤传输电磁脉冲三维电场传感器。通过电磁仿真软件CST2011,研究了天线结构对被测场的影响,发现嵌入式探头与球形结构可以有效减小屏蔽壳体对电场扰动。讨论了传感器极间耦合及三维场合成误差,确定了主要设计参数。研制的三维传感器采用了屏蔽结构与偶极子天线的一体化设计,对外部电场屏蔽可达60 dB。在有界波电磁脉冲模拟器中的实验表明,传感器系统对于三维电场测量可达到设计要求,对被测电场扰动较小,极间耦合系数小于6%,三维场角度与峰值合成误差小于5%。传感器采用对称结构,满足自由空间场测量的需要。     

超宽谱短脉冲电场标准装置馈电结构

研究了超宽谱脉冲电场产生装置的馈电结构,分析了不同结构参数下馈电点不连续性及其时域响应特性,测试得到了馈电插针在不同插入深度下装置的阻抗匹配特性,结合理论计算和时域有限差分法获取了不同参数下的馈电点处脉冲响应特性,并与实测数据进行了比对。结果表明,当控制馈电结构插针深度为1.0 mm时,其对脉宽0.3~1.5 ns范围内单双极激励脉冲电压反射系数不大于4%。利用D-dot传感器测试了单锥内场脉冲电场波形,结果显示,在单锥TEM室有效时间窗口内,脉冲激励波形与脉冲场测试波形基本一致。     

冲击脉冲辐射天线辐射场计算及应用

根据由张量法得到的任意线天线电场计算公式,利用镜像法推导,得到冲击脉冲辐射天线辐射电场的时域解析表达式。应用该表达式计算冲击脉冲辐射天线应用于辐射波电磁脉冲模拟器的时域辐射场,并与数值计算进行比较,结果表明:解析计算得到的辐射场波形与数值计算结果吻合较好,因此,利用解析表达式可以方便地观察天线结构参数对天线辐射场波形的影响,从而选取合适的参数以产生符合标准要求的天线场波形。     

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D-dot传感器的弓网离线放电瞬态电场时域测试方法

弓网离线放电电磁辐射具有瞬态、宽频带的特性,可使用D-dot传感器对其进行时域瞬态电场测量,但在对传感器所测微分信号积分还原时,存在信号恢复失真问题严重。搭建了包含脉冲电场发生装置和测量装置的瞬态电场时域波形还原系统,开展了基于D-dot传感器的去直流、数值积分、消除趋势项以及系统辨识低频补偿在内的瞬态电场时域波形测试方法的研究,利用该方法测试了不同电压下弓网离线放电电磁辐射的电场时域波形。理论与实验结果表明:本文所提出的方法能准确、稳定地还原弓网离线放电所辐射瞬态电场的原始时域波形,还原信号与实测微分信号的主要频率分量均在7.5 MHz,二者的相关系数达到93%以上。     

离子迁移率探测器电场优化设计的研究

离子迁移率探测器(Ion Mobility Spectrometry, IMS)在大气环境下, 可以直接对一些物质的分子进行分析, 尤其是可实现对爆炸物品和毒品物质分子的在线检测分析, 显示出它广泛的应用前景. IMS~的电场设计, 是影响IMS物质分辨率的重要因素. 对影响IMS电场的因素进行分析后, 重新设计了IMS结构, 通过对新、旧结构的电场进行模拟、比较、分析, 同时用新设计IMS结构对一些物质进行实际测量分析, 所得结果与国际公认结果对比, 误差小于±4%. 证明新结构电场设计合理有效, 与传统IMS电场设计相比, 是优化的IMS电场结构.     

偏振模耦合分布式光纤传感器的数值色散补偿

从理论和实验两个方面分析并验证了白光偏振耦合分布式保偏光纤传感器探测灵敏度与光纤双折射色散的关系。提出了一种色散补偿耦合强度的计算方法。该方法在忽略光传输中微弱损耗情况下,利用耦合点干涉包络面积在存在双折射色散情况下仍然保持不变这一特性,通过对干涉包络进行希尔伯特(Hilbert)包络提取和最小二乘非线性拟合得到干涉包络的面积,从而获得经过色散补偿后的偏振耦合强度值。实验结果表明,该色散补偿算法具有很高的准确性,尤其对短光纤,绝对偏差小于0.63 dB。     

熊猫型保偏光纤中应力区失配对光纤性能影响的研究

采用弹性力学理论和复变函数法导出了熊猫型保偏光纤应力双折射的近似解析表达式.利用有限元法数值分析了熊猫型保偏光纤的双折射特性,结果表明,与采用纤芯中心应力相比,采用芯区平均应力表示光纤的双折射较为精确,且结果与解析法导出的芯区中心应力双折射计算结果相比误差小于0.18%.在此基础上进一步分析了应力区失配对熊猫型保偏光纤的双折射所产生的影响,并通过实验测试证明了分析结果的正确性. 关键词： 偏振保持光纤 应力区失配 双折射 拍长     

用于矢量水听器的低频高灵敏度层合梁加速度传感器

压电加速度传感器是同振型矢量水听器的核心部件。为了满足低频高灵敏度矢量水听器的应用需求,提出并研究一种具有层合梁结构的低频高灵敏度加速度传感器。结合弹性力学和压电方程推导层合梁加速度传感器的加速度灵敏度解析解表达式,通过有限元仿真对层合梁加速度传感器尺寸进行优化,给出优化后的尺寸范围。从优化的尺寸范围中选取两种不同尺寸进行加速度传感器振动特性的仿真分析及实物制作(其中压电材料为PZT-5)与性能测试。仿真与测试结果均表明,相比已有的同尺寸金属梁加速度传感器,层合梁加速度传感器可以有效降低谐振频率并提升加速度灵敏度。当压电层厚度为0.5 mm时,加速度灵敏度最大提升3.9 dB,谐振频率下降23%。测试结果与理论分析相符。      

天线阻抗特性对开关振荡器输出脉冲的影响

以单锥天线和螺旋天线作为开关振荡器辐射天线为例,采用等效电路模型和商业电磁仿真软件,分别对天线末端电压振荡信号和辐射电场脉冲进行了研究。研究结果表明:采用行波天线或者电长度与振荡器一致的振子天线作为辐射天线,都能够产生中心频率与振荡器本征频率一致的电磁脉冲信号;但采用振子天线时,振荡信号持续时间较短(Q值较低),频谱上能量较分散,带宽较宽,而采用行波天线则脉冲持续时间较长(Q值较高),频谱上能量较集中,带宽较窄。     

加载电磁带隙结构的平切圆锥等角螺旋天线

 加载电磁带隙的平切圆锥等角螺旋（EAS-EBG)天线可以在很宽的频带范围内提高辐射增益。建立了平切等角螺旋锥体（EAS）天线的基本模型,并用HFSS对其进行了仿真。研究了一种加载电磁带隙结构的平切圆锥等角螺旋锥体天线。该天线是在保持原平切等角螺旋锥体天线外形不变的情况下,加载了小型化的电磁带隙结构,以提高增益并保持共形化。仿真结果表明:加载电磁带隙结构的模型增益在5～12 GHz带宽下可以提高1～3 dB,并且轴比特性基本不变。     

高重频超宽谱短电磁脉冲对GPS接收机干扰

超宽谱短电磁脉冲的频谱可覆盖GPS工作频带,对GPS接收机的正常工作存在干扰威胁。从理论分析、数值仿真和实验方面研究了高重频超宽谱短电磁脉冲对GPS接收机干扰效果与脉冲参数之间的依赖关系。结果表明:若脉冲重复频率整数倍能落入GPS接收机工作频带内,高重频超宽谱短电磁脉冲对GPS接收机干扰效果较强,且达到相同干扰效果时所需脉冲幅值随重频增大而等比例减小,即脉冲幅值与重频乘积保持为常数;若重频整数倍偏离GPS接收机工作频带,高重频超宽谱短电磁脉冲对GPS接收机干扰效果不明显。     

The measurement and verification of parameters of pulse electromagnetic radiation generated by a large-radius ring current

Experimental and analytic studies of the generation and propagation of electromagnetic radiation due to repetitive current pulses of a nanosecond duration (peak power to 1 MW, current slew rate of 3.5 A/ns) are presented. The radiation source was a fine-wire ring antenna of large radius (ρ_a=1.4 m). The antenna was driven along its full length instantaneously within the time τ shorter than the time of wave travel along the ring diameter (τ≤2ρ_a/c). Parameters of the emitted wave were measured. The experimental data are consistent with the calculated emitted-wave parameters that take into account radiation reflection from the conducting walls of the laboratory. The efficiency of transformation of drive pulse energy into ultra-wideband radiation was found to be approximately 15%. A ring antenna driven by repetitive current pulses (within the time τ≤2ρ_a/c) is suggested to be used as a reference ultra-wideband emitter.     

宽波束双馈源超宽带抛物面天线设计与仿真

 针对单馈源超宽带抛物面天线波束较窄的问题，设计了一种宽波束双馈源超宽带抛物面天线。该抛物面天线是由一个普通的抛物面从中间对称分式，并在中间以平板连接而成的。馈源采用改进型平面TEM喇叭天线，同轴垂直馈电方式。两个馈源分别置于抛物面的两个焦点上。并利用时域有限差分数值方法分析了该天线的辐射性能。通过改变抛物面的结构，调节双馈源与天线主轴的夹角等方法可以有效改善天线的辐射性能。结果表明，所设计的宽波束双馈源抛物面天线可以在远区更宽的空间上形成峰值功率比较均匀的电磁脉冲，在不降低峰值功率的前提下有效地增加了波束的宽度；在抛物面天线两边进行少量切割不会对辐射场产生明显影响，节省了空间。     

An active antenna for measuring pulsed electric fields

The feasibility of creating an ultra-wideband receiving antenna comprising a dipole loaded on an active element based on field-effect transistors is analyzed. The antenna is intended for registration of waveforms and measurement of instantaneous electric field strengths for electromagnetic radiation pulses of nanosecond and subnanosecond durations. __________ Translated from Izvestiya Vysshikh Uchebnykh Zavedenii, Fizika, No. 5, pp. 82–86, May, 2007.     

A Novel UWB Antenna with Small Side-Leakage

A successful design for a UWB (ultra-wideband antennas) antenna based on NRD-guide (nonradiative dielectric waveguide) with small side-leakage is presented. The rule of the theoretical selection of its parameters, if NRD-guide is used as the UWB antennas, is studied firstly, then the temporal propagation characteristics of the NRD-guide and the radiation characteristics for an tapered open-ended NRD-guide are calculated by FDTD (finite-difference time-domain) method.     

飞秒激光制作微型光纤干涉传感器的研究进展

飞秒激光脉冲持续时间短、峰值功率高,在对物质进行处理过程中热作用区域小、加工精度高,已成为一种制作高性能、新结构光子器件的重要方法。简单介绍了飞秒脉冲激光微加工的方法和特性,归纳了飞秒激光直写技术在光纤干涉型传感器制作方面的研究进展,包括微型光纤Fabry-Perot干涉传感器和微型光纤Mach-Zehnder干涉传感器,重点介绍了这些光纤传感器的结构、特性和潜在应用。对用该技术制作的微型光纤干涉传感器进行了总结和展望。     

磁窗减缓等离子体对天线性能的影响

飞行器以高超声速再入大气层返回地球时,飞行器周围形成等离子体鞘套,等离子体会影响电磁波的传播特性,严重时通信甚至完全中断。从理论上分析了外加磁场时电磁波与等离子体的相互作用机理,提出了利用永磁体和螺旋天线一体式的设计方式,即磁窗天线,并研究了在等离子体环境中螺旋天线和磁窗天线的性能,仿真结果表明,利用永磁体和螺旋天线一体式设计的磁窗天线,可以减弱等离子体对天线性能的影响,这为解决飞行器再入通信中断问题提供了一种有效途径。