边界形变互耦混响室屏蔽效能测试系统性能评估

混混响室复杂强电磁环境下开展材料屏蔽效能测试是电磁防护领域的研究热点。研究边界形变互耦混响室屏蔽效能测试系统性能,开展了动态范围、电场分布特性和不确定度三个方面的试验验证,结果表明：在实际测试中,测试结果小于60 dB即为可信测试值;在1～10 GHz频段内,互耦混响室发射室的空间电场标准偏差小于3 dB,接收室的空间电场标准偏差小于2 dB,满足国际、国内相关标准要求,场均匀性良好;测试系统的扩展不确定度为5.90 dB,可以作为材料屏蔽效能测试平台使用。     

频率搅拌混响室原理及应用

从理论上分析了混响室采用频率搅拌的可行性,仿真计算和试验测量了频率搅拌混响室内部电场的均匀性和统计特性,探索了在屏蔽效能测试中的应用。研究结果表明:频率搅拌方法能够得到空间统计均匀的电场分布,电场直角分量的模值服从瑞利分布,并且频率越高电场的均匀性和统计特性越好。在频率搅拌混响室内部测试得到开缝小尺寸屏蔽体在1~10GHz频段的屏蔽效能约为15dB,与机械搅拌混响室测试结果基本一致。     

短脉冲激励的混响室设计

根据理想封闭矩形腔体内电磁场表达式,分析了对混响室内场特性有影响的因素;结合混响室的参数要求,对混响室模型的设计进行了研究,并确立了适用于短脉冲激励下的混响室的场均匀性分析指标;通过对比电场分布的均匀性,重点研究腔体形状和源搅拌方法对腔体内场分布的影响,采用连续10次移动激励源的方法可以将场分布标准差降低约0.4 dB。数值模拟结果表明:采用类似复杂腔的结构,在矩形腔的基础上引入若干复杂结构,可以有效地提高场分布的均匀性,有利于在腔内构造均匀的电磁环境;证明了连续移动激励源位置这一源搅拌方法的可行性,通过该方法可以有效地提高场分布的均匀性。     

返波体对混响室内场均匀性的影响

以带有返波结构的混响室为基础,研究了在复杂腔体内部返波结构的改变对场分布的影响效果。根据微波混沌理论分析了不规则腔内的场分布特征;结合统计电磁学,确立了在高功率微波短脉冲激励下的混响室中进行场均匀性和各向同性验证的指标;对复杂腔体中返波体的大小、数量及分布范围等因素进行了研究。数值模拟结果显示:凸起结构的尺寸越大,其对腔内电场的影响效果越为明显,尤其是腔内电场分布的统计均匀性和各向同性结果,都能得到很好的改善。同时凸起结构越多,分布的范围越广,腔内电场的统计均匀性和能流的统计均衡性就越好。     

混响室发射天线位置优化仿真及实验

 为提高混响室测试区域的场均匀性,在分析发射天线影响场均匀性原理基础上,采用基于矩量法的电磁仿真软件FEKO对混响室仿真模型进行数值计算,通过与遗传算法相结合研究了混响室发射天线的位置对测试区域场均匀性的影响,得到了优化后发射天线位置及相应的表征混响室测试区域场均匀性的电场标准偏差值。优化后,测试区域场均匀性较优化前有所改善,并通过实验验证了该优化仿真方法的正确性。     

基于柔性屏蔽材料混响室的设计与应用

利用柔性屏蔽材料不平整性使屏蔽腔内场环境易于满足各向同性、均匀分布、随机极化统计特征的特点,研究了三种不同柔性屏蔽材料搭建的模式搅拌混响室的可行性。在Z字形搅拌器的作用下通过测量得到低频场均匀性和高频归一化电场的概率密度函数,根据IEC 61000-4-21-2011标准和理想混响室模型验证了所搭建混响室的有效性。在此基础之上,通过实验测量分析了搅拌器转速、天线高度、天线位置对归一化电场概率密度函数(PDF)的影响,并利用所搭建混响室对加载开孔电大金属腔的电磁屏蔽效能进行了测试。研究结果表明利用柔性屏蔽材料搭建混响室具有较好的可行性。     

源搅拌对混响室场均匀性的改善

 研究了在短脉冲波激励下,源搅拌方法对混响室内场分布的影响效果。分析了混响室内场分布特征的影响因素,得到了影响源搅拌的相关参量。研究改变激励源的位置对腔体内场分布的影响效果,主要对比了电场的最大值、分布标准差等电场统计特征。结果表明：通过连续地移动激励源对场分布进行搅拌,混响室内的电场最大值可以达到约6.7 kV/m,而且场值的空间分布标准差降至3 dB以下,能量分布也更加均衡。因此,采用源搅拌方法可以有效地改善腔内的场分布,提高场分布的均匀性,有利于构造均匀的电磁场环境。     

利用多馈源激励改善混响室的场均匀性

 研究了多馈源激励对混响室内场分布的影响。根据理想封闭矩形腔体内电磁场表达式,分析了混响室内场分布的影响因素;通过对比电场的最大值、分布标准差及各向同性等统计特征,重点研究了多馈源激励对腔体内场分布的影响。研究结果表明:采用多馈源激励可以有效地提高场均匀性,有利于构造均匀的电磁场环境。同时也证明了利用该方法在混响室中研究高功率微波效应的可行性。     

混响室频率搅拌方式及其场环境特性分析

从本征模的角度阐明了频率搅拌技术的混响原理,并根据激励信号的频域特征,系统研究了频率搅拌方式下获取"实时均匀场"与"统计均匀场"的三种有效实现途径。选取线性扫频这一搅拌方式为主要研究对象,检验了混响室频率搅拌下的最低可用频率、场均匀性与统计特性三项主要技术指标。试验结果表明:线性扫频搅拌方式下,混响室的最低可用频域与机械搅拌方式基本一致;场均匀性满足IEC 61000-4-21标准规定的容差要求;场值波动规律符合理论分布模型。     

等离子体形变对边界局域模的作用研究

在磁流体模拟代码BOUT++剥离气球模三场模块框架下研究了等离子体形变参数(拉长比和三角形变)对边界局域模的影响。研究表明，在线性阶段，拉长比主要作用于剥离气球模中气球模成分，抑制了环向模数较高的气球模不稳定性；而三角形变则对剥离气球模中剥离模成分和气球模成分均有抑制作用。在非线性阶段，拉长比导致边界E×B剪切率增加，迫使压强扰动的正值部分向等离子体芯部发展，导致边界局域模的能量损失增加；三角形变则导致边界E×B剪切率降低，使得压强扰动可以向等离子体边缘发展，台基向等离子体芯部的崩塌减弱，从而对边界局域模起到缓解作用。     

脉冲激励混响室测试区域电磁场均匀性

研究了电磁脉冲激励混响室内电磁波传播规律,通过仿真建模和实验两方面对脉冲激励混响室测试区域内电磁场均匀性进行了研究。提出了混响室时域均匀性的概念及其计算方法,并利用此方法计算了仿真和实验结果。结果表明:脉冲激励混响室内电磁环境无论在时域上还是频域上,均满足国际标准规定的均匀性要求;在一定空间内,混响室内也可以形成统计平均的脉冲场电磁环境;在混响室内进行电磁脉冲场的电磁敏感度测试是可行的。     

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%。     

计算波导加载谐振腔谐振频率的新方法

基于边界元法,提出了一种新的简单有效的计算速调管输出系统波导加载腔的谐振频率、场分布的方法。计算了一种矩形波导加载矩形谐振腔的常见结构。利用主模TE10波激励,在波导的端口处采用推导出的Robin-type边界条件,通过扫频的方式,观测选定场点的值,极值对应系统的谐振频率。数值结果表明:波导加载谐振腔的谐振频率要低于同尺寸谐振腔的频率,谐振腔内的电场分布也受到耦合孔的影响。利用边界元法计算波导加载腔这样的半开放系统,具有实现简单、计算精确度高、数据输入少、计算时间短等优点。     

X波段高功率高增益多注相对论速调管放大器设计

针对器件工程应用中的高功率高增益需求，设计了工作在X波段的高功率高增益多注相对论速调管放大器，建立了带输入、输出波导结构的三维整管模型。设计双边对称耦合孔输入腔结构，降低了输入波导对输入腔间隙电场均匀性的影响以抑制非均匀干扰模式；设计采用多腔多间隙群聚结构，降低了输入微波功率的需求，提高了器件放大增益；并且分析设计了多间隙扩展互作用微波提取结构，提高了器件的功率转换效率以及降低输出结构表面电场强度。通过优化设计，粒子模拟仿真实现X波段多注相对论速调管放大器输出微波功率达到3.2 GW，器件放大增益约为60 dB，功率转换效率约为40%。器件验证实验在电子束电压550 kV，电流5.1 kA的情况下，输出功率为0.99 GW，放大增益约为53 dB，转换效率约为35%。