基于PWB方法的电大尺寸腔体结构电磁耦合求解器的开发与验证北大核心CSCD

功率平衡(PWB)法是基于统计电磁学的求解电大尺寸腔体结构电磁耦合问题的快速方法。在PWB方法的基础上,开发了一个电大尺寸腔体结构电磁耦合求解器,实现了对不同腔体形状、不同孔缝形状、不同源类型等条件下的电大尺寸腔体结构电磁耦合水平的快速求解,并与已发表文献的结果和实验结果进行了对比,验证了求解器的有效性和高效性。     

基于传输线原理的混响室散射场场线耦合模型

基于传输线原理,构建了均匀分布在单位球表面的入射波用于模拟混响室内"全向辐照"的电磁辐照模型,并利用Agrawal散射电压公式计算双导线传输线模型的终端负载响应电流。研究了均匀分布在球面入射波的入射方向、极化方向以及入射波数量对传输线终端响应的影响,并将数值计算结果与蒙特卡罗方法的计算结果进行对比。结果表明:分布在球面上的电磁波入射角为0~π、极化角度为0~π时,即可满足响应信号的数值完整性;入射电磁波数量达到100时,能够满足混响室内"全向辐照"的要求;理论模型计算结果与蒙特卡罗方法的计算结果吻合较好,该模型可以用于混响室内散射场场线耦合规律计算。     

基于BP神经网络的圆形孔缝耦合截面预测

在对电磁波经孔缝传输/泄露的分析中,孔缝耦合截面的获取十分重要。针对现有公式无法准确获取谐振频段圆形孔缝耦合截面的问题,将BP神经网络应用于圆孔耦合截面的快速获取,该模型适用于电尺寸(半径波长比)在[0.08, 3]之间的圆形孔缝。在不同入射角度和极化角度的入射波辐照下,用全波分析软件计算无限大理想导体平板上不同电尺寸圆孔的耦合截面,用圆孔的耦合截面除以其几何面积得到圆孔的归一化耦合截面。利用这些数据训练神经网络,建立了一个以圆形孔缝的电尺寸、入射波的入射角度和极化角度为输入参数,孔缝的归一化耦合截面为输出参数的BP神经网络模型。通过与全波分析的对比可知,该模型能够快速准确地预测任意入射角与极化角平面波辐照下电尺寸在[0.08, 3]之间的圆形孔缝的归一化耦合截面。     

基于随机拓扑的复杂腔体电磁辐射统计特性

针对电磁波经孔缝耦合进入多端口微波混沌腔体的电磁辐射问题,推导了孔缝随机耦合模型,以预测单腔体各孔缝处耦合电压的统计特性;并将该模型与电磁拓扑理论结合,提出了一种复合计算方法孔缝随机拓扑模型,用于分析级联腔体的孔缝耦合电压和传输系数等电磁量的统计特性,将该算法的计算结果与网络级联理论的计算结果进行对比,验证了算法的正确性。该模型可成为分析复杂不规则混沌腔体的孔缝耦合问题以及混响室研究的有利工具。     

基于物理光学法的建筑物内高功率微波耦合场分布计算

利用物理光学法计算了高功率微波在建筑物内的耦合场分布。根据建筑物墙壁和窗户的透射率可以得到墙壁内侧的透射场,将它代入到矢量衍射公式中直接计算出在整个建筑物内的透射场;根据建筑物地面的反射率得到地板表面的反射场,将它代入到矢量衍射公式中可计算出整个建筑物内的反射场;对透射场与反射场进行矢量相加,得到叠加场。将本文方法得到的场分布情况和时域有限差分法得到的场分布进行比较,二者结果一致。物理光学法的优点在于其物理图像清晰,计算量小,计算速度快,适合应用在大型建筑物内部耦合场分布计算上。     

不同厚度有耗左手材料板中的电磁波研究

 基于有损耗的Lorentz模型的时域有限差分（FDTD）方法，模拟了有耗左手材料（LHM）平板对波源的图像聚焦特性。分别计算了不同宽度的左手材料平板结构。通过比较说明电磁波在不同厚度左手材料板中传播方式相同。材料板越薄，其聚焦点的位置越往板边缘靠近。当左手材料板的厚度不满足聚焦尺寸时，该聚焦点将会消失。     

电磁耦合实验平台系统线缆束的电磁拓扑分析

复杂线缆束系统的电磁耦合分析,随着电磁环境的日趋复杂化,显得越来越困难。而高功率电磁辐射技术的发展,对具有复杂电缆束网络和电子设备的系统,带来了严重的电磁威胁。这从电磁攻击与电磁防护两方面,对复杂线缆束的电磁耦合分析,都提出了更加迫切的需求。由于复杂线缆束网络所涉及的几何空间的边界条件十分复杂,所以很难用时域有限差分(FDTD)或频域有限差分(FDFD)方法求解复杂线缆束网络系统的电磁耦合问题。我们在基于传输线理论,采用拓扑学中将空间按照拓扑结构进行分解的思想,建立了线缆束网络电磁耦合的拓扑模型,得出了计算复杂线缆束网络系统终端耦合电压与电流的计算方法,并给出了仿真计算实例用以验证电磁拓扑法处理线缆网络电磁耦合效应的有效性。     

雪层覆盖土壤表面与半埋柱体宽带复合散射FDTD方法

为满足半埋目标测量和检测的需要,应用指数型分布粗糙面模型和Monte Carlo方法模拟雪层、土壤表面,运用时域有限差分方法研究雪层覆盖的土壤表面与半埋矩形截面柱复合模型的宽带电磁散射,得出宽带复合散射系数的频率响应曲线,计算宽带复合散射系数随雪层表面、土壤表面高度起伏均方根、相关长度,雪层类型、雪层厚度,土壤层含水量,矩形截面柱几何参数、倾角、埋藏深度,电磁波入射角等参数的变化. 结果表明,雪层表面高度起伏均方根、相关长度对宽带复合散射系数影响较小,其它参数对宽带复合散射系数均有显著影响且较为复杂.     

轨道电路系统长钢轨电容补偿电磁脉冲耦合效应

结合时域有限差分(FDTD)方法、传输线方程和长钢轨激励场快速计算方法,研究了一种高效的时域混合算法,实现长钢轨电容补偿电磁脉冲耦合效应的时域快速计算。首先,为避免对钢轨不规则结构的直接建模,根据趋肤效应,将钢轨等效为管状导体模型并提取对应的单位长度分布参数。然后,根据长钢轨激励场快速计算方法,快速计算长钢轨沿线电场分布,并结合传输线方程构建钢轨等效圆柱模型与补偿电容一体化的电磁耦合模型。最后,使用FDTD方法求解传输线方程,获取钢轨沿线各点的电磁脉冲耦合响应。研究结果表明,钢轨耦合电流波形不断展宽,但是峰值随长度增加到一定值后达到饱和状态,此结论可为轨道电路系统电磁防护设计提供重要的数据支撑。     

基于BP神经网络的六边形孔阵耦合截面的预测

孔缝耦合截面作为度量电磁能量经孔缝泄漏强弱的重要参数,一直没有一个普适快速且精度较高的获取方法。针对六边形孔阵归一化耦合截面的获取问题,分析了垂直入射条件下各因素对六边形孔阵耦合截面的影响,选择合适的参数并使用全波分析法共获取13820组耦合截面数据。对部分输入参数进行预处理后输入神经网络进行训练,构建了一个以孔单元电尺寸、行/列数、行/列间距电尺寸、孔壁厚度电尺寸、入射波极化角度等7个参数为输入,归一化耦合截面为输出的BP神经网络模型。该模型在预测电尺寸为[0.1,1.2]时的归一化耦合截面平均相对误差为3.8%。选取未出现在神经网络训练集与测试集中的输入参数,比较全波分析法计算值和神经网络预测值共480组数据,其平均相对误差为7.27%。最后通过实验测量,进一步验证了该模型的普适性和有效性。     

Metallic spherical anechoic chamber for antenna pattern measurement

Anechoic chambers are used for indoor antenna measurements. The common method of constructing an anechoic chamber is to cover all inside walls by the electromagnetic absorbers. In this paper, a fully metallic spherical chamber structure is presented in which the propagation of the electromagnetic waves inside the chamber is controlled and they are guided to an absorber. In the proposed method, an appropriate quiet zone is obtained, and unlike ordinary anechoic chambers, the absorber usage amount is reduced greatly. The performance of the chamber is evaluated by simulation. The results show that the proposed method could provide a useful technique for the indoor antenna measurements.     

时域全波电磁计算程序JEMS-FDTD在复杂电磁环境研究中的应用

将自主研发的大规模并行三维全波电磁场时域求解程序JEMS-FDTD应用于复杂电磁环境问题,计算并分析了楼宇内电波传播特性和飞行器瞬态电磁特性。对楼宇内电波传播特性的计算获得了建筑物内任意位置的电磁场分布和电磁脉冲在建筑物内的时域传播过程,其结果可用于无线通信和电磁环境安全研究;对飞行器瞬态电磁特性的计算获得了飞行器舱内外瞬态电磁近场分布,其结果可用于飞行器强辐射场防护等研究。     

频率选择表面结构的电子系统K/Ka波段电磁屏蔽分析

电子设备和无线技术不断向K/Ka波段发展以及电子系统集成度的不断提高给电子系统的电磁屏蔽设计带来了严峻挑战。提出一种将频率选择表面（FSS）用于电子系统屏蔽的新方法,可以替代传统散热孔阵,在满足通风散热性能的同时确保电子系统在5G毫米波段的电磁屏蔽性能。基于金属腔中心点屏蔽效能和全局屏蔽效能,分析了FSS孔阵排布方式、电磁波极化与入射角度对金属外壳电磁屏蔽效能（SE）的影响。结果表明:FSS孔阵排布方式对金属腔屏蔽性能的影响较小,并且SE不受入射电磁波极化方式影响;含FSS通风孔阵的金属外壳在23.0～25.5 GHz范围内屏蔽效能约为30 dB,比含传统散热孔阵金属腔屏蔽效能提高15 dB。     

Information (no-energy) waves described by global potentials

The case where the magnetic flux inside an electronic loop varies with time is considered for an experiment in which the Aharonov-Bohm effect is observed. The electromagnetic field and potentials of a solenoid with an alternating current are studied. It is shown that the vector potential outside the solenoid contains a term corresponding to a zero electromagnetic field at the same point of space. This part of the potential (global potential) describes standing waves whose properties differ from those of ordinary electromagnetic waves and which can be conventionally called information potential waves. A method of detecting information waves is proposed involving an effect similar to the Aharonov-Bohm effect (quasi-Aharonov-Bohm effect). Unlike ordinary electromagnetic waves, these information waves are not involved in any energy interactions but they can carry information.     

Surface waves excited from negative-index materials

Studies on electromagnetic surface waves along the surface of a finitely thick plate made from negative-index materials are presented in this paper. Through theoretical analysis we worked out requirements on permeability and permittivity for surface waves to exist. Comparing with the model of a plate with infinite thickness, the one of finite thickness shows released requirements, leading to potential applications in guiding wave and developing radiation sources. With the help of particle-in-cell simulations, we examined theoretical predictions and demonstrated field distributions of surface waves.     

贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响

为研究贯通导体及其负载电路对金属腔体内部电磁场的影响,建立了不同贯通导体端接负载模型,使用电磁仿真软件CST进行仿真,利用GTEM室、矢量网络分析仪、功率放大器、ETS电场探头组建实验测试系统,验证了仿真结果的正确性,揭示了贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响规律。研究结果表明:腔体内部电磁场同时受到贯通导体与腔体谐振的影响,在谐振频点干扰场强取得极大值,屏蔽效能取得极小值甚至为负值。贯通导体端接负载不接地与贯通导体两端开路情形相似,贯通导体端接负载直接接地时内部场显著降低,谐振频点降低,贯通导体端接负载浮点接地时内部场变化规律低频时与开路模型相似,高频时与直接接地模型相似。贯通导体端接负载的电阻值、电容值也会影响腔体的内部场。     

Analytical prediction of break-out noise from a reactive rectangular plenum with four flexible walls

This paper describes an analytical calculation of break-out noise from a rectangular plenum with four flexible walls by incorporating three-dimensional effects along with the acoustical and structural wave coupling phenomena. The breakout noise from rectangular plenums is important and the coupling between acoustic waves within the plenum and structural waves in the flexible plenum walls plays a critical role in prediction of the transverse transmission loss. The first step in breakout noise prediction is to calculate the inside plenum pressure field and the normal flexible plenum wall vibration by using an impedance-mobility approach, which results in a compact matrix formulation. In the impedance-mobility compact matrix (IMCM) approach, it is presumed that the coupled response can be described in terms of finite sets of the uncoupled acoustic subsystem and the structural subsystem. The flexible walls of the plenum are modeled as an unfolded plate to calculate natural frequencies and mode shapes of the uncoupled structural subsystem. The second step is to calculate the radiated sound power from the flexible walls using Kirchhoff-Helmholtz (KH) integral formulation. Analytical results are validated with finite element and boundary element (FEM-BEM) numerical models.     

基于电磁拓扑的多腔体屏蔽效能快速算法

提出基于电磁拓扑理论计算开孔多腔体屏蔽效能的快速方法.首先给出双腔体等效电路和电磁拓扑信号流图,并推导孔缝节点处的散射矩阵,给出拓扑网络的散射矩阵方程和传输矩阵方程,获得双腔体的广义Baum-Liu-Tesche(BLT)方程.在此基础上研究了开孔三腔体,包括串型级联三腔体和串并型混合级联三腔体的广义BLT方程.对于串型级联三腔体,其电磁拓扑网络和广义BLT方程在双腔体基础上直接扩展即可获得.而对于串并型混合级联三腔体,通过将位于三腔体公共面上的孔缝等效为三端口网络节点,并根据三端口网络散射参数定义推导获得该节点的散射矩阵,最终得到串并型混合级联三腔体的广义BLT方程.本文方法对双腔体的计算结果与文献结果和实验结果相符合,对3组不同类型和尺寸开孔腔的屏蔽效能的计算结果与时域有限差分法计算结果符合较好.该算法不仅效率高,通过对所有计算结果和实验结果的误差统计分析,表明该算法具有较高的计算准确度.     

Neutrinos from pulsar wind bubbles as precursors to gamma-ray bursts

The supranova model for gamma-ray bursts (GRBs) has recently gained popularity. In this scenario the GRB occurs weeks to years after a supernova explosion, and is located inside a pulsar wind bubble (PWB). High energy protons from the PWB can interact with photons from the rich radiation field inside the PWB or collide with cold protons from the supernova remnant, producing pions which decay into approximately 10-10(3) TeV neutrinos. The predicted neutrino flux from the PWBs that host the GRBs should be easily detectable by planned 1 km(2) detectors.     

金属腔内场线耦合干扰敏感性

研究了金属腔内电磁场与单导线耦合对线两端部件产生干扰的敏感性问题。利用并矢格林函数计算腔内场分布, 利用Agrawal模型计算获得导线两端负载的干扰响应, 从腔体尺寸、内部干扰源位置及导线位置三个方面分析了建模的微小变化对导线负载干扰的影响。结果表明, 腔体尺寸的微小变化会带来负载干扰响应的很大变化, 在谐振点处该影响尤其明显;腔内干扰源位置的微小变化可能会带来负载干扰响应的巨大变化;干扰响应对导线距离金属腔壁高度的微小变化不敏感, 但单导线位置的微小变化可能带来负载干扰的较大变化。