静电放电电磁脉冲的实验研究

 利用单极子天线对静电放电产生的电磁脉冲进行了实验研究。测量表明, 静电放电电磁脉冲辐射场为脉冲持续时间百纳秒的窄脉冲,但在距离放电源几米以内,其场强很大,典型值可达千伏每米量级, 其频谱主要分布在几十到几百兆赫,典型的频谱上限值可以达到几个吉赫。     

脉冲功率电源辐射电磁场测量与分析

 对采用三电极气体间隙放电开关的脉冲功率电源和采用可控硅开关的脉冲功率电源进行了辐射电磁场测量与分析。所研究的脉冲功率电源的脉冲持续时间为ms量级,电流峰值为几十到几百kA。使用多组微分式磁场探头和高采样率、高存储深度的数字示波器进行了磁场测量;通过探头校对实验,对探头系数进行了校验。通过对微分测量结果的校正与积分运算,得到了磁场的时域波形。分析了低频段按照探头系数的计算方法和积分处理方法的关系,总结了时域波形重构的一些方法。得到了两种电源的电磁场特性：三电极气体间隙放电开关产生的磁场频谱范围可达10 MHz,而可控硅开关产生的磁场在1 MHz以内;其辐射电场微弱。     

超宽带双脉冲辐射天线

研究了一种高功率超宽带双脉冲辐射天线,其设计思想为:辐射天线辐射两路不同脉宽的超宽谱电磁脉冲,且两路脉冲在时间上有一定延时,从而达到拓宽辐射场频谱宽度的目的。设计了一种采用三馈源的半抛物反射面超宽带天线,并对其进行了数值模拟与实验研究。采用短时傅里叶变换对辐射组合脉冲进行了联合时频分析,结果表明该天线能有效辐射双路不同脉宽的超宽谱脉冲,双脉冲辐射场的频谱宽度比单脉冲辐射场有了明显的拓宽,验证了采用双脉冲辐射是拓宽辐射场频谱的有效方法。     

均压环在高功率微波辐射天线窗中的应用

为提高高功率微波（HPM）辐射天线的功率容量,设计了带均压环的HPM微波辐射天线窗。均压环嵌入介质窗表面后介质窗表面电场分布发生改变,电子运动轨迹也随之发生改变,改变电子运动轨迹能有效抑制二次电子倍增造成的介质窗击穿。当均压环与辐射场电场垂直时,CST模拟表明,均压环的加入基本不影响天线的辐射性能。将其应用于返波管振荡器（BWO）实验中（输出微波为TM01模）,结果表明:在束压3 MV、束流10 kA、效率30%时,普通天线窗输出脉宽为45 ns,而加入均压环的天线窗输出脉宽100 ns。     

飞行器GNSS接收机静电放电干扰效应分析

针对飞行器全球卫星导航系统接收机易受静电放电干扰的问题,研究了机体表面电晕放电与机务维修火花放电对接收机的干扰效应。分析了静电放电的时频域特征,使用针球电极与高压源组成的模拟器开展了电晕放电对接收机的前门耦合实验,证明了电晕脉冲产生的辐射场对接收机无明显干扰效应。基于人体金属ESD模型开展了火花放电对接收机的干扰效应实验,发现浪涌电流易导致接收机串口转换芯片电位波动,读写程序主循环卡死,应针对串口端进行静电阻抗器防护。     

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。     

超强激光驱动天线靶的太赫兹辐射物理特性研究

利用激光与等离子体相互作用产生超强太赫兹辐射的研究成为国内外研究的热点。基于Smith提出的线形天线辐射理论,对超强超短激光脉冲驱动天线靶产生太赫兹的辐射特性进行研究,建立了完备的辐射空间分布和频谱空间分布表达式。利用激光脉冲长度与天线长度的比值对辐射场分布的影响,讨论了固定天线长度时的最佳激光脉冲长度,以及固定激光条件时,天线长度对辐射场的频谱和空间分布的调制作用。理论分析结果表明,激光脉冲长度决定了辐射频率范围,激光脉冲长度与天线长度的比值决定了辐射场峰值的方向和频谱分布,为设计合理实验方案提供理论依据。     

静电放电火花产生的电磁场树枝模型

 静电放电火花产生的电磁脉冲会对电子系统的正常工作造成严重的干扰，甚至造成系统的损伤。利用时域有限差分法建立了静电放电火花产生的电磁场的数值模型，模型中充分考虑了放电电极上的静电荷对电场的影响。把由此模型放电计算的电磁场值与由此解析方法得到的场值进行了比较，结果吻合良好。由此可以用此模型来研究静电放电火花产生的电磁场与电子系统的能量耦合问题。     

闪电的分形特征研究及其在自动识别中的应用

利用2009年夏季青海地区的快电场变化测量仪的野外观测资料, 对120例地闪和77例云闪辐射场信号的分形特征进行了深入研究, 结果表明地闪辐射场信号的分形维数与云闪辐射场信号的分形维数有明显的差别, 再利用闪电的分形维特征, 构造了5个特征值, 将其作为支持向量机的输入进行地闪和云闪不同放电类型的识别, 有效识别率达到95%以上; 通过构造地闪辐射场时间序列信号的分形维数轨迹图表明分形维数最低点对应于原时间序列的回击位置, 利用分形维数轨迹中的最低点的位置能够快速准确地对地闪辐射场信号的回击点进行检测, 检测率可达到100%. 分形维是闪电的一种具有鉴别性的特征, 可用于闪电的智能分析与自动化处理. 关键词： 闪电信号 分形维数 支持向量机 自动识别     

粉体静电学国内外研究动态与进展

就粉体放电形态与点烯性,电场模型化与电场分布数值计算,放电电荷转移量与等价能量的实验规律,粉体静电防灾技术等几个方面,论述了粉体静电学国内外研究动态与进展。     

基于麦克斯韦电磁场理论的神经元动力学响应与隐藏放电控制

钙、钾、钠等离子在细胞内连续泵送和传输时产生的时变电场不仅会影响神经元的放电活动,而且会诱导时变磁场去进一步调节细胞内离子的传播.根据麦克斯韦电磁场理论,时变的电场和磁场在细胞内外的电生理环境中会相互激发而产生电磁场.为了探究电磁场影响下的神经元放电节律转迁,本文在三维Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型的基础上,引入磁通变量和电场变量,建立了一个五维HR神经元模型(简称EMFN模型).首先,结合Matcont软件分析了EMFN模型的平衡点分布与全局分岔性质,发现并分析了该模型存在的亚临界Hopf分岔、隐藏放电及其周期放电与静息态共存等现象.其次,利用双参数及单参数分岔、ISI分岔和最大Lyapunov指数等工具进行数值仿真,详细分析了EMFN模型存在的伴有混沌及无混沌的加周期分岔结构、混合模式放电和共存模式放电等现象,同时揭示了电场和磁场强度影响其放电节律的转迁规律.最后,利用Washout控制器将EMFN模型的亚临界Hopf分岔转化为超临界Hopf分岔,使其在分岔点附近的拓扑结构发生改变,由此达到消除其隐藏放电的目的.本文的研究结果证实了新建神经元模型具有丰富的放电节律,将影响神经元的信息传递和编码,为完善神经元模型,揭示电磁场对生物神经系统的影响,以及探求一些神经性疾病的致病机理提供了思路.     

超宽带脉冲电场测试技术研究

电磁脉冲测试尤其是宽带脉冲电场测试己成为电子设备抗扰度试验研究的重要手段，国内外不少学者开展了这方面的研究，但是研制宽频带、大动态、高灵敏度的脉冲电场测试仪始终是该研究领域的一个难点．文章作者在国家自然科学基金资助下，对国内外研究动态进行了调查分析，综合运用相关先进技术，研制成功超宽带脉冲电场测试系统，其技术指标达到：带宽为3．5Hz--1GHz，电场强度从V／m量级到MV／m量级，动态范围达到60dB，从而为脉冲电场的测试和电磁防护研究及电子设备抗扰度试验提供了强有力的手段．     

静电放电电磁场与金属腔体孔缝耦合的数值研究

 用时域有限差分方法研究了静电放电火化产生的电磁场在其近场区域与带孔缝金属腔体的耦合问题，基于修正的静电放电火化偶极子模型和脉冲函数放电电流解析表达式，建立了耦合数值模型，经过计算分析表明，腔体内孔缝周围分布着比较强的静电感应场，而耦合进腔体的瞬变场可以使腔体发生TE₁₀₁模为主的腔体谐振，但谐振幅度不大。     

静电放电火花产生的电磁场特征分析

静电放电(ESD)产生的电磁脉冲(EMP)会对电子系统的正常工作造成严重的干扰,甚至造成系统的损伤.故提出了一种修正的ESD火花电偶极子模型,并用此模型定性地分析了ESD火花产生的电磁场的特征,得出的-些结论对进一步研究ESD的电磁防护措施提供了有益指导.     

霍尔推力器放电通道溅射腐蚀计算

 为了预示霍尔推力器的寿命,建立了推力器粒子束放电通道的2维电磁场模型,模拟的推进剂为氙。利用PIC方法跟踪粒子在电磁场中的运动。磁场的求解采用拉普拉斯方程,电场的求解采用泊松方程。电子由阴极喷入通道,并在电磁场中与原子发生电离碰撞生成离子。在跟踪离子的过程中记录下撞击到内外壁面的离子个数、角度和能量。利用记录下的参数进行腐蚀计算,得到当溅射阈值能量分别为10,20,30,40,50 eV时通道壁面的腐蚀速率。推力器放电通道出口附近的最大腐蚀速率约为1.7×10^-9 m/s。     

Lie algebraic approach to the time-dependent quantum general harmonic oscillator and the bi-dimensional charged particle in time-dependent electromagnetic fields

We discuss the one-dimensional, time-dependent general quadratic Hamiltonian and the bi-dimensional charged particle in time-dependent electromagnetic fields through the Lie algebraic approach. Such method consists in finding a set of generators that form a closed Lie algebra in terms of which it is possible to express a quantum Hamiltonian and therefore the evolution operator. The evolution operator is then the starting point to obtain the propagator as well as the explicit form of the Heisenberg picture position and momentum operators. First, the set of generators forming a closed Lie algebra is identified for the general quadratic Hamiltonian. This algebra is later extended to study the Hamiltonian of a charged particle in electromagnetic fields exploiting the similarities between the terms of these two Hamiltonians. These results are applied to the solution of five different examples: the linear potential which is used to introduce the Lie algebraic method, a radio frequency ion trap, a Kanai–Caldirola-like forced harmonic oscillator, a charged particle in a time dependent magnetic field, and a charged particle in constant magnetic field and oscillating electric field. In particular we present exact analytical expressions that are fitting for the study of a rotating quadrupole field ion trap and magneto-transport in two-dimensional semiconductor heterostructures illuminated by microwave radiation. In these examples we show that this powerful method is suitable to treat quadratic Hamiltonians with time dependent coefficients quite efficiently yielding closed analytical expressions for the propagator and the Heisenberg picture position and momentum operators.     

Measuring technique for static electricity using focused sound

A novel method is proposed for non-contact measurement of the distribution of electrostatic charge on a surface based on scanning the sample surface with a focused high frequency acoustic beam to excite movement of the sample surface. An electric field is induced by exciting a charged film-like object, and an electric field sensor measures it instead of an electrostatic field. The focused ultrasound waves are generated by controlling individually the phase of each 285 airborne ultrasound transducers.     

Large amplitude electromagnetic solitons in intense laser plasma interaction

This paper shows that the standing, backward- and forward-accelerated large amplitude relativistic electromagnetic solitons induced by intense laser pulse in long underdense collisionless homogeneous plasmas can be observed by particle simulations. In addition to the inhomogeneity of the plasma density, the acceleration of the solitons also depends upon not only the laser amplitude but also the plasma length. The electromagnetic frequency of the solitons is between about half and one of the unperturbed electron plasma frequency. The electrostatic field inside the soliton has a one-cycle structure in space, while the transverse electric and magnetic fields have half-cycle and one-cycle structure respectively. Analytical estimates for the existence of the solitons and their electromagnetic frequencies qualitatively coincide with our simulation results.     

Second quantized scalar QED in homogeneous time-dependent electromagnetic fields

We formulate the second quantization of a charged scalar field in homogeneous, time-dependent electromagnetic fields, in which the Hamiltonian is an infinite system of decoupled, time-dependent oscillators for electric fields, but it is another infinite system of coupled, time-dependent oscillators for magnetic fields. We then employ the quantum invariant method to find various quantum states for the charged field. For time-dependent electric fields, a pair of quantum invariant operators for each oscillator with the given momentum plays the role of the time-dependent annihilation and the creation operators, constructs the exact quantum states, and gives the vacuum persistence amplitude as well as the pair-production rate. We also find the quantum invariants for the coupled oscillators for the charged field in time-dependent magnetic fields and advance a perturbation method when the magnetic fields change adiabatically. Finally, the quantum state and the pair production are discussed when a time-dependent electric field is present in parallel to the magnetic field.