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。     

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。     

纳秒电磁脉冲测量用D-dot探头设计及实验

为测量高空核爆炸电磁脉冲(HEMP)模拟器中脉冲电场波形(峰值电场大于50kV/m、上升时间小于2.3ns),设计了一种新型圆锥形D-dot探测器。介绍了D-dot探头的工作原理,分析了探头与传输电缆的阻抗匹配条件,确定了探头的结构、尺寸等参数。D-dot探头测量脉冲电场的一阶微分信号,通过积分器积分和数字积分两种积分方式获得脉冲电场信号。测量电磁脉冲实验结果表明,积分器积分和数字积分两种积分方式都能恢复脉冲电场波形,其中数字积分效果更好;与有源光纤电场测量系统实验测量结果相比,该Ddot探测器更适合测量纳秒级快前沿的电磁脉冲波形,满足测量快前沿HEMP信号的设计要求。     

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。     

超宽谱短电磁脉冲电场标准装置溯源及不确定度评定

针对高功率超宽谱短电磁脉冲(UWB-SP)电场标准装置的可溯源性和不确定度进行了研究,完成了UWB-SP电场标准的溯源和不确定度评定。分析了向脉冲参数标准、S参数标准、长度标准等参量标准溯源的可行性,实现了通过间接量的溯源得到标准装置的不间断溯源链。研究建立了标准装置的电场不确定度评估模型,针对脉冲源输出电压不确定度、脉冲传输不确定度、标准装置机械工艺及装配不确定度等不确定度分量进行了评定,并对各不确定度分量进行了合成,得到了标准电场的合成扩展不确定度为8.4%。     

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。     

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。     

超宽谱电磁脉冲辐射场测量系统

 介绍了一套自行研制的高功率超宽谱电磁脉冲辐射场测量系统，该系统主要由TEM喇叭接收天线、同轴传输线、宽带示波器及微型计算机组成。其中，TEM喇叭上极板为等腰三角形金属板，顶角14°，高60 cm，下极板为80 cm×30 cm矩形金属板，两金属板间夹角为7°，采用同轴线直接馈电方式，馈电点高度1 mm。分析了测量系统的基本理论，采用时域有限差分和离散傅里叶变换相结合的方法对TEM喇叭接收天线的传递函数进行了计算，建立了信号衰减补偿方法。实测了抛物反射面脉冲辐射天线的辐射场，测得主轴上远区辐射场主脉冲波形与辐射天线的激励信号近似成微分关系，当激励信号的前后沿变快时，测得的辐射场也相应增大。测量结果表明，该系统能够反映脉冲辐射场的变化特性，具有良好的波形保真性和宽频带特性。     

强流脉冲束流位置探测器标定装置物理设计

从强流脉冲电子直线感应加速器电子束流位置探测器测量原理出发,进行了标定装置物理设计,确定标定装置采用同轴结构,对束流探测器位置测量精度和测量范围、偏心同轴线对位置标定结果的影响进行了理论分析,并根据分析结果确定同轴结构内外导体相对位置调节范围、同轴线长度和特性阻抗。电路模拟和实验测量结果验证了在非匹配传输条件下可以得到满足位置标定要求的快脉冲信号波形。     

开孔矩形腔体电磁泄漏特性的解析研究

本文提出了一种用于计算开孔矩形腔体电磁泄漏场的解析理论模型.该理论模型先基于模式展开法求解封闭腔场,进而依据Bethe小孔耦合理论将泄漏场与封闭腔场用等效偶极子关联.该模型可以考虑波频率、场源位置、开孔位置及场强观测点位置等因素的影响,计算结果与全波仿真结果一致.本文计算分析了相关因素对电磁屏蔽效能的影响规律,并给出了物理解释.结果表明近场屏蔽效能小于远场屏蔽效能,且近场区电场屏蔽效能与磁场屏蔽效能并不相同.     

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。     

Electromagnetic analysis of cylindrical invisibility cloaks and the mirage effect

We present a finite-element analysis of a diffraction problem involving a coated cylinder enabling the electromagnetic cloaking of a lossy object with sharp wedges located within its core. The coating consists of a heterogeneous anisotropic material deduced from a geometrical transformation as first proposed by Pendry [Science 312, 1780 (2006)]. We analyze the electromagnetic response of the cloak in the presence of an electric line source in p polarization and a loop of magnetic current in s polarization. We find that the electromagnetic field radiated by such a source located a fraction of a wavelength from the cloak is perturbed by less than 1%. When the source lies in the coating, it seems to radiate from a shifted location.     

Interaction of directive electromagnetic radiation with isotropic plasma-coated PEMC cylinder

ABSTRACT

In this study, we analyzed the influence of isotropic plasma on far field scattering radiation of perfect electromagnetic conductor (PEMC) cylinder in the presence of directive electromagnetic radiation excited from an electric line source. Two cases regarding electric line source have been considered to gain more graphical variation corresponding to plasma parameters. In the first case, electric line source is placed outside the coating layer while in second case electric line source placed inside the coating. It has been demonstrated that the far field scattering patterns of PEMC, PEC, and PMC are strongly dependent on plasma parameters; however, their importance to control scattering pattern slightly changed/reversed corresponding to electric line source placement (inside the coating and outside the coating).     

Two-dimensional analytical subthreshold model of graded channel DG FD SOI n-MOSFET with gate misalignment effect

A two-dimensional (2-D) analytical subthreshold model is developed for a graded channel double gate (DG) fully depleted SOI n-MOSFET incorporating a gate misalignment effect. The conformal mapping transformation (CMT) approach has been used to provide an accurate prediction of the surface potential, electric field, threshold voltage and subthreshold behavior of the device, considering the gate misalignment effect to be on both source and drain side. The model is applied to both uniformly doped (UD) and graded channel (GC) DG MOSFETs. The results of an analytical model agree well with 3-D simulated data obtained by ATLAS-3D device simulation software.     

Zitterbewegung in thin-film topological insulators in the presence of a terahertz pulse

Zitterbewegung (trembling motion) in thin-film topological insulators in the presence of a terahertz pump pulse has been considered. An analytical expression for the electric current density has been derived, which describes the electric current induced by the motion of an electron wave packet. The electron subsystem has been considered in the long-wavelength approximation, and the electromagnetic field has been described classically in the constant-pump approximation. The numerical analysis of the results has been carried out.     

基于多尺度理论的电各向异性介质椭球内电场

 基于电磁场的多尺度变换理论,将一个各向异性介质椭球重构为一个各向同性介质椭球,进一步得到了新椭球的形体参数。利用各向同性椭球电磁场与各向异性椭球电磁场的多尺度关系,得出了各向异性介质椭球内电场的解析表达式,对所得结果进行了验证。计算了椭球内电场方向与外电场方向的夹角,仿真结果表明：外电场的方向对椭球内电场的影响不大,介电常数张量对椭球内电场的方向和大小有较大的影响。     

双面阶梯埋氧层部分SOI高压器件新结构

提出了双面阶梯埋氧层部分绝缘硅(silicon on insulator,SIO)高压器件新结构. 双面阶梯埋氧层的附加电场对表面电场的调制作用使表面电场达到近似理想的均匀分布, 耗尽层通过源极下硅窗口进一步向硅衬底扩展, 使埋氧层中纵向电场高达常规SOI结构的两倍, 且缓解了常规SOI结构的自热效应. 建立了漂移区电场的二维解析模型, 获得了器件结构参数间的优化关系. 结果表明, 在导通电阻相近的情况下, 双面阶梯埋氧层部分SOI结构击穿电压较常规SOI器件提高58％, 温度降低10—30K. 关键词： 双面阶梯 埋氧层 调制 自热效应     

Effects of coherence on anisotropic electromagnetic Gaussian-Schell model beams on propagation

An analytical formula for the cross-spectral density matrix of the electric field of anisotropic electromagnetic Gaussian-Schell model beams propagating in free space is derived by using a tensor method. The effects of coherence on those beams are studied. It is shown that two anisotropic stochastic electromagnetic beams that propagate from the source plane z=0 into the half-space z>0 may have different beam shapes (i.e., spectral density) and states of polarization in the half-space, even though they have the same beam shape and states of polarization in the source plane. This fact is due to a difference in the coherence properties of the field in the source plane.