水平极化有界波电磁脉冲模拟器仿真与实验研究

结合传统有界波模拟器和辐射波模拟器的特点,采用新型双锥-线栅型平板天线结构,设计了一台水平极化有界波电磁脉冲模拟器。通过电磁仿真和实验测试,对模拟器的辐射特性和场均匀性进行了研究。仿真结果和实测结果基本一致。结果表明,模拟器能产生包含地面反射的水平极化电磁脉冲环境,波形满足上升沿(2.5±0.5) ns、半高宽(23±5) ns的高空电磁脉冲标准要求。模拟器使用灵活机动,能在不小于5 m×3 m×2 m工作空间内产生峰值场强不小于50 kV/m的6 dB均匀场,也能在降低测试场强时提供更大的工作空间。     

新的亚纳秒前沿有界波电磁脉冲模拟器

新近建立的亚纳秒前沿有界波模拟器由高压脉冲源、传输线、分布式负载和大地板等组成。高压脉冲源为外触发的冲击电流发生器。传输线由12根非均匀分布的缆线制成。亚纳秒前沿模拟器的传输线为锥形，分布式负载也为锥形，工作区域设置在锥形传输线中。因为没有平直段，像一个开放式的GTEM小室，电磁脉冲的高频分量可以达到GHz。亚纳秒削沿模拟器是研究电子仪器孔缝耦合、特种装置电磁效应的较为理想的模拟设备。锥角的设计满足试验区域对场的均匀性要求，本设计为tgθ=0．5。     

用平行板天线测量有界波电磁脉冲模拟器地面场

提出一种有界波电磁脉冲（EMP）模拟器地面场的测量方法。它具有简便、无源、不受输入电压限制、频带宽的特点。特别适用于比较复杂的电磁环境中电场的测试,可实现信号大幅度传输,能有效地提高测试系统的信噪比。     

用平行板天线测量有界波电磁脉冲模拟器地面场

 提出一种有界波电磁脉冲（EMP）模拟器地面场的测量方法。它具有简便、无源、不受输入电压限制、频带宽的特点。特别适用于比较复杂的电磁环境中电场的测试,可实现信号大幅度传输,能有效地提高测试系统的信噪比。     

9.5 m高水平极化有界波电磁脉冲模拟器内场分布特性的初步实验研究

测量了9.5 m高的水平极化有界波电磁脉冲模拟器的内部场,并根据实验测量结果分析了该模拟器内场分布特性,包括一定区域内场均匀性的定量分析及模拟器内部有效测试空间的确定方法,进而对最低位置为距离地面2 m的有效测试空间进行了预估。实验结果表明：位于该模拟器双锥中心正下方且距离该中心5.5～7.5 m的测点场的峰值基本按照测点与双锥中心间距的倒数衰减,且随着测点与双锥中心间距的增大,因锥与极板不连续结构导致的波形变化在时间轴上滞后,而因地面影响导致的波形变化在时间轴上提前;在距离地面比较高的水平面上,两极板之间场的外泄方向场的衰减比双锥中轴线方向场的衰减更慢;该模拟器内部距离地面2 m的水平面上12 m×12 m的区域内所取测点的归一化场平均峰值约为0.678,归一化场平均峰值的标准偏差约为0.068 9,场的均匀性约为2.039 dB。     

不对称结构的分布式负载有界波电磁脉冲模拟器

 设计、建造了一台不对称结构、分布式负载有界波电磁脉冲（EMP）模拟器（MDES-60）。模拟器平行极板间区域长5 m，宽2 m，高1 m。测试结果显示模拟器工作空间电场幅值分布均匀、波形后沿基本无反射。表明通过缩小前过渡段的锥角、加宽下极板调整特性阻抗及采用分布式负载等措施取得了很好效果。配套不同的脉冲源，该模拟器可模拟IEC61000-2-9、Bell实验室、1976年出版物等多种脉宽标准的EMP波形，场强幅度范围15~60 kV/m，可用于短线缆响应实验或小型电子设备的考核效应实验。     

分布式负载垂直极化有界波电磁脉冲模拟器外泄场的规律分析

将基于MPI平台的并行时域有限差分(FDTD)方法与基于完全磁导体(PMC)镜像法相结合,并结合CST模拟软件,模拟给出分布式负载垂直极化有界波电磁脉冲(EMP)的外泄场(包括侧泄场和后泄场)的分布规律。模拟结果与实验结果符合得很好。研究表明：在高度方向上,地面附近的外泄场峰值最大,但远离模拟器时,在1.5 m高的高度范围内,外泄场的峰值差别不大;不管采用何种双指数脉冲源,距离模拟器边缘位置比较近的测点在传输线段的侧泄场的幅值大于分布式负载段侧泄场的幅值,且两者都大于分布式负载末端的后泄场幅值,但随着测点与模拟器边缘的垂直距离的增加,分布式负载段的后泄场可能会比侧泄场大;对于电压峰值相同的双指数激励源而言,所含的高频分量越多,在一定范围内,从其分布式负载末端外泄的后泄场更大;模拟器下方大地的电导率增加,模拟器的外泄场增加。

     

分布式负载垂直极化有界波电磁脉冲模拟器外泄场的规律分析

将基于MPI平台的并行时域有限差分(FDTD)方法与基于完全磁导体(PMC)镜像法相结合,并结合CST模拟软件,模拟给出分布式负载垂直极化有界波电磁脉冲(EMP)的外泄场(包括侧泄场和后泄场)的分布规律。模拟结果与实验结果符合得很好。研究表明:在高度方向上,地面附近的外泄场峰值最大,但远离模拟器时,在1.5 m高的高度范围内,外泄场的峰值差别不大;不管采用何种双指数脉冲源,距离模拟器边缘位置比较近的测点在传输线段的侧泄场的幅值大于分布式负载段侧泄场的幅值,且两者都大于分布式负载末端的后泄场幅值,但随着测点与模拟器边缘的垂直距离的增加,分布式负载段的后泄场可能会比侧泄场大;对于电压峰值相同的双指数激励源而言,所含的高频分量越多,在一定范围内,从其分布式负载末端外泄的后泄场更大;模拟器下方大地的电导率增加,模拟器的外泄场增加。     

大型水平极化电磁脉冲有界波模拟器的并行模拟分析

采用将大地设置为均匀有耗介质,并用单轴完全匹配层（UPML）吸收边界截断的方式,对离散电阻加载的地面上方大型水平极化电磁脉冲（EMP）有界波模拟器的时域辐射场进行并行时域有限差分模拟.给出大地电导率和相对介电常数及模拟器圆锥的锥半径不同时模拟器辐射场的时域波形,分析三者对辐射场的影响,并给出模拟器内有10 m长的效应物时耦合场的时域波形.并行模拟时,计算网格总数达18亿.研究表明：大地相对介电常数和电导率越大,近地面测点接收到的地面反射作用越大;测点场的峰值受锥半径的影响最大,且随着锥半径的增大,同一水平面内的场也越不均匀;对地面上方1 m处的几个测点,其脉冲峰值及半高宽受地面反射及地面损耗的影响较大,而地面上方5 m处的几个测点则受地面影响较小;当效应物开孔位置位于模拟器场泄露一侧时耦合进入圆筒内的电磁波能量较多.     

分布式负载平行板有界波电磁脉冲模拟器的模拟分析

将并行时域有限差分方法用于分布式负载平行板有界波电磁脉冲模拟器模拟,并给出模拟器的尺寸参数对工作空间半高处几个测试点场的影响。研究结果表明:与源在x轴向距离上越靠近的点,其电场的上升沿越小;模拟器传输线最大宽度和最大高度之比为2,且下金属板宽度与传输线最大宽度相同时,测试点场的上升沿较小,半高宽较大;随着传输线在x方向投影长度的增加,与源位置x轴向等距离的测试点场的峰值增大,场的上升沿减小,但减小的量趋于平缓。且同轴线馈电时得到的各测试点场脉冲的上升沿要比直接加平面电场源的方式更大一点,半高宽则要小一点,但两者波形相似。     

亚纳秒前沿有界波模拟器传输线设计的理论分析与实验

 介绍了亚纳秒前沿有界波模拟器的组成、主要技术指标和传输线结构。用时域有限差分法对模拟器的场传播和场分布进行了数值模拟,并实测了工作区域的电场分布。测量结果表明:不同位置处场的上升时间基本不变,约为800 ps,1 m×1 m×1 m工作区域内的电场两侧不均匀性约为10%,前后位置约为±50%,满足技术指标要求,场的分布与数值模拟结果相一致。     

一种基于传输线方程的埋地电缆电磁脉冲耦合时域分析方法

 埋地电缆和其它金属长导体对核电磁脉冲的耦合分析对于确定合理的工程防护措施具有重要意义。采用Agrawal模型和时域有限差分算法对线缆耦合问题进行了分析,针对该模型中需要计算土壤阻抗与电流项卷积、土壤导纳与电压项卷积的问题,提出了一种土壤阻抗特性的线性拟合处理方法,可避免复杂的卷积计算。介绍了该方法的基本原理和试用结果。这一模型拟合法适用于确定无时域解析表达式的传输线模型参数,与传输线模型的时域有限差分方法相结合,可用于分析非均匀场作用下传输线的耦合。     

快沿电磁脉冲模拟器内部垂直极化场分布仿真研究

 采用基于矩量法电磁仿真软件FEKO,对快沿电磁脉冲模拟器内部电场进行数值计算。分析仿真结果,得出了模拟器内部垂直极化电场的分布规律。仿真结果表明：从不同高度中心到边缘的场强变化趋势来看,最接近上传输线的位置为振荡,接近上下传输线的位置是先增大后减小,其余区域为单调减小;模拟器内部垂直极化场的±10%均匀场区域为模拟器传输线空间处于高度的20%~85%,宽度的80%（自中心算起）区域,接近下传输线位置的高度的20%以下,宽度的30%以内（自中心算起）。     

快沿电磁脉冲模拟器内部垂直极化场分布仿真研究

采用基于矩量法电磁仿真软件FEKO,对快沿电磁脉冲模拟器内部电场进行数值计算。分析仿真结果,得出了模拟器内部垂直极化电场的分布规律。仿真结果表明：从不同高度中心到边缘的场强变化趋势来看,最接近上传输线的位置为振荡,接近上下传输线的位置是先增大后减小,其余区域为单调减小;模拟器内部垂直极化场的±10%均匀场区域为模拟器传输线空间处于高度的20%~85%,宽度的80%（自中心算起）区域,接近下传输线位置的高度的20%以下,宽度的30%以内（自中心算起）。     

用传输线和时域有限差分法计算电缆X射线响应

 介绍了时域传输线和时域有限差分两种计算电缆X射线瞬态响应的方法,并利用电缆芯线总电荷以及介质层的电荷分布,结合实验结果,分别给出了时域传输线模型中的电流源和时域有限差分模型中电流密度的计算方法。作为例子,在60 keV单能X射线垂直于电缆轴向辐照的条件下,采用两种方法计算了电缆两端接匹配负载时负载上的电流响应;采用传输线方法计算了不同能量X射线辐照电缆时的芯线负载电流响应。计算结果表明,两种方法计算的电缆X射线瞬态响应是一致的;电缆介质层中存在静电场;X射线能量不同时,电缆芯线负载电流存在最大值。计算中,电缆与X射线的作用采用蒙特卡罗方法计算。     

地面附近架高线缆HEMP响应计算的Agrawal和Taylor模型比较

研究在高空核爆电磁脉冲(HEMP)的作用下,地面附近架高线缆感应瞬态电压、电流的传输线模型计算方法并进行比较。考虑到有耗地面的电气参数,列举了Agrawal和Taylor两种传输线理论模型的异同,应用格林函数求积分和叠加定理,分别采用两种模型,计算并比较了不同入射波和线缆布放状态下的电压、电流响应,以及各场分量(水平电场、垂直电场和水平磁场)单独存在时对电流、电压响应的贡献。结果显示,Agrawal和Taylor模型得到的电压、电流响应是一致的,可以考虑在有界波电磁脉冲模拟器中进行短线缆的效应实验;由于相同的场分量在不同的模型中对电压、电流响应的贡献并不相同,因此在阐述某一场分量对线缆响应贡献大小时,应该首先说明所采用的传输线模型。     

Wavelength tuning characteristics of a fabry-perot semiconductor laser with an external short cavity

Wavelength tuning characteristics of a Fabry-Perot semiconductor laser with an external short cavity are analyzed, in which the oscillation wavelength can be changed by slightly altering the external cavity length. Analysis is based on rate equations for an optical power and carrier density. It is shown that the wavelength tuning range is dominated by a change of carrier density through the effect of carrier-induced refractive index change in the active layer of a laser diode. This depends on effective coupling coefficients of the optical field iteratively reflected back to the laser diode by the external mirror, and on reflection coefficients of an anti-reflection coated laser facet and the external mirror which compose the external cavity. The effective coupling coefficient is also derived using the waveguide theory and Kirchhoff ’s theory. Finally, an unstable condition which may limit a stable wavelength tuning range is shown by results of a linear stability analysis of rate equations.     

“碰撞-辐射”模型在Z箍缩等离子体K壳层线辐射谱分析中的应用

介绍了由K壳层谱线强度比估算等离子体状态参数的"碰撞-辐射"模型的基本原理.详细描述了自行研制的基于该模型的Z箍缩等离子体K壳层线辐射谱分析程序——ZSPEC的基本情况.给出了氖等离子体的计算结果,包括不同电离态离子的相对含量随电子温度的变化曲线和K壳层谱线强度比在"电子密度-电子温度"平面内的等高线分布图.该程序已在"阳"加速器Z箍缩实验结果分析中得到应用,将椭圆晶体谱仪测得的氖等离子体K壳层谱线强度比与ZSPEC程序计算结果相比较,得出在该发实验 关键词： 碰撞-辐射模型 K壳层线辐射谱')" href="#">K壳层线辐射谱 氖气喷气Z箍缩 阳加速器     

Simulation of detection and scattering of sound waves by the lateral line of a fish

A solvable model of lateral line of a fish based on a wave equation with additional boundary conditions on a set of isolated points is proposed.Within the framework of this model it is shown that the ratio of pressures on lateral lines on different fish flanks,as well as the cross section of sound scattering on both the lines,strongly depends on angles of incidence of incoming sound waves.The strong angular dependence of the pressure ratio seems to be sufficient for the fish to determine the directions from which the sound is coming.