电磁能量选择表面的场路协同仿真与实验研究

为研究能量选择表面的防护性能,采用PIN二极管Spice模型,通过时域的场路协同仿真得到了能量选择表面(ESS)的瞬态响应波形。对影响插入损耗和防护效能的参数进行研究,优化结构参数,减小了尖峰泄漏。研究表明,双层ESS较单层ESS能够有效防护反向脉冲,同时增加单元金属条的长度能够减小脉冲尖峰泄露。通过强电磁脉冲辐照实验,验证了ESS小信号传输与强电磁脉冲防护的自适应防护能力,为强电磁脉冲的防护提供了可靠的方法。     

电磁能量选择表面的场路协同仿真与实验研究

为研究能量选择表面的防护性能,采用PIN二极管Spice模型,通过时域的场路协同仿真得到了能量选择表面(ESS)的瞬态响应波形。对影响插入损耗和防护效能的参数进行研究,优化结构参数,减小了尖峰泄漏。研究表明,双层ESS较单层ESS能够有效防护反向脉冲,同时增加单元金属条的长度能够减小脉冲尖峰泄露。通过强电磁脉冲辐照实验,验证了ESS小信号传输与强电磁脉冲防护的自适应防护能力,为强电磁脉冲的防护提供了可靠的方法。     

车辆强电磁脉冲环境适应性研究

近年来,随着大量用频设备的广泛应用,使得空间电磁环境日益复杂。复杂多变的电磁环境不仅会影响车辆的运用效能,而且会威胁车辆的生存能力。电磁环境对车辆的影响不可低估,尤其是强电磁脉冲,其破坏能力远远超过一般的电子干扰,会引起车辆的电子、电气元件的失效或损伤,严重影响着车辆机动与安全性能的有效发挥。将以某车辆为对象,较为系统地介绍车辆可能遭遇的强电磁脉冲环境、强电磁脉冲防护思路、车辆电磁环境效应分析以及采取的具体防护加固措施,以期提升车辆强电磁环境适应能力。     

变压器励磁涌流场路耦合数字仿真

变压器励磁涌流的准确计算是一个十分困难的问题，提出用非线性时步有限元法来模拟变压器励磁充的动态过程，采用的数字模型将非线性时变电磁场有限元方程与电压源下的电路微分方程耦合在一起，并考虑铁心的磁饱和与磁滞特性，仿真结果与实验曲线基本吻合。     

电磁脉冲对数字信号处理器的干扰及其防护

为寻找有效的电磁脉冲防护加固措施,首先对电磁脉冲模拟器的干扰路径进行分析,包括数字信号处理器（DSP）与放电回路的共地耦合干扰及共网电耦合干扰,并将结构优化设计、硬件屏蔽加固措施与设置软件陷阱、开启看门狗等抗干扰措施相结合,对数字信号处理器（DSP）内核工作电压、输入/输出（I/O）端口以及显示屏等进行了干扰测试。实验结果表明,采用硬件与软件相结合的防护加固技术后,DSP主板的内核工作电压及I/O端口的干扰脉冲幅值减小,且干扰持续时间由2 s减少到400 ns,干扰脉冲获得了有效抑制。     

电磁脉冲对数字信号处理器的干扰及其防护

为寻找有效的电磁脉冲防护加固措施,首先对电磁脉冲模拟器的干扰路径进行分析,包括数字信号处理器（DSP）与放电回路的共地耦合干扰及共网电耦合干扰,并将结构优化设计、硬件屏蔽加固措施与设置软件陷阱、开启看门狗等抗干扰措施相结合,对数字信号处理器（DSP）内核工作电压、输入/输出（I/O）端口以及显示屏等进行了干扰测试。实验结果表明,采用硬件与软件相结合的防护加固技术后,DSP主板的内核工作电压及I/O端口的干扰脉冲幅值减小,且干扰持续时间由2 s减少到400 ns,干扰脉冲获得了有效抑制。     

宽带强电磁脉冲模拟器发展及设计研究

宽带强电磁脉冲是高功率微波技术近年来的主要发展方向之一,由于模拟器可用于强电磁辐射环境模拟,开展强电磁脉冲效应与防护研究,所以取得了快速发展。对宽带强电磁脉冲模拟器的研究现状进行了介绍,分析模拟器在工作频段和技术体制方面存在的共性,并结合研究需求,设计了一种宽带强电磁脉冲模拟器,该模拟器采用Marx发生器直接驱动高功率宽带天线的方式,实验结果显示该模拟器的远场辐射因子可达224 kV,辐射中心频率215 MHz,带宽可达32%,为宽带强电磁脉冲模拟技术的发展、科学研究提供了参考依据和试验条件。     

一种强电磁脉冲辐射场均匀性校准测试装置

目前,辐射场均匀性主要采用单点多次测试的方式来实现,该方式将不可避免地引入因辐照信号自身时变特性带来的测量误差;此外,单点多次测试极大地增加了测试时间、测试效率低下。为解决这些问题,本文设计了一种可实现一次多点测试、测试区域可自动调节的装置,仿真表明：该装置可满足500 mm×500 mm~1500 mm×1500 mm区域辐射场9点均匀性测试;在此基础上,在1000 mm×1000 mm测试区域,针对1.35 GHz和2.88 GHz两个频点开展了实验验证,实验表明：设计的测试装置可满足辐射场均匀性9点自动测试要求,大幅提高了测试效率和自动化程度。     

双极晶体管在强电磁脉冲作用下的损伤效应与机理

针对典型n⁺-p-n-n⁺结构的双极晶体管,从器件内部电场强度、电流密度和温度分布变化的分析出发,研究了在强电磁脉冲(electromagnetic pulse,EMP)作用下其内在损伤过程与机理.研究表明,双极晶体管损伤部位在不同幅度的注入电压作用下是不同的,注入电压幅度较低时,发射区中心下方的集电区附近首先烧毁,而在高幅度注入电压作用下,由于基区-外延层-衬底构成的PIN结构发生击穿,导致靠近发射极一侧的基极边缘处首先发生烧毁.利用数据分析软件,对不同注入电 关键词： 双极晶体管 强电磁脉冲 器件损伤 损伤功率     

强电磁脉冲的有效带宽、测量带宽及来自上升时间的影响

从能量分布和测量有效性的观点出发,提出了强电磁脉冲的能量有效带宽和动态范围有效带宽的概念。针对IEC61000－4－4,MIL－STD－464,IEC61000－4－2,IEC61312－1等标准规定的核电磁脉冲(NEMP)、雷电电磁脉冲(LEMP)、静电放电电磁脉冲(ESDEMP)等强电磁脉冲,分别计算了它们的能量有效带宽和动态范围有效带宽。通过分析,得知在一定的范围内,上述强电磁脉冲上升时间的变化对两种有效带宽的影响并不明显,在此基础上,确定了它们的测量带宽。计算结果为NEMP,ESD EMP及LEMP的60 dB有效带宽分别是371,786,1 233 MHz与96 kHz;99%能量有效带宽分别是46,95,183 MHz与15 kHz;不失真测量所需的带宽分别是152,307,916 MHz和95 kHz。     

基于场路仿真的PCIe电磁干扰分析及优化设计

采用电磁仿真技术,提前评估PCB的电磁兼容设计是否合理,当对PCB进行电磁兼容测试时,减少其电磁干扰不满足GMW 3097标准的情况出现。首先对PCB进行3D电磁场仿真,再与高速串行计算机扩展总线标准模块内芯片的通用模拟电路仿真模型的电路仿真动态链接,进行场路协同仿真。实验验证表明,该仿真方法的精度在6 dBμV之内,满足PCB加工工艺的误差和实验测试的不确定度,符合仿真精度要求。通过该仿真方法评估PCB的电磁干扰强度以及优化PCB的设计,将高速串行计算机扩展总线标准模块上的33 Ω电阻替换为磁珠后,该PCB在1.6 GHz处的电磁干扰强度降低了13.4 dB。根据CISPR 25标准规定的1-m法进行测试,PCB的电磁干扰变为−3.4 dBμV,低于GMW 3097标准要求,从而验证了该措施的有效性。     

超短超强激光实验伴生电磁脉冲的模拟研究

靶室腔体谐振产生的电磁辐射是超短超强激光与靶相互作用实验中生成的电磁脉冲(EMP)来源之一。基于有限元分析方法,对靶室腔谐振产生电磁脉冲和电磁脉冲通过窗口向外传播这两个过程进行仿真模拟。前者模拟获得空腔和含结构模型谐振时特征磁场,结果显示内部结构对电磁场强度分布和谐振频率有显著影响;后者模拟结果显示,窗口外侧电场强度比窗口内侧高约40%,而且电磁脉冲传播到靶室外后呈球面波形式扩散并衰减。对电磁脉冲的强度衰减规律进行了分析,得到该衰减曲线的拟合函数。     

无人机GPS接收机超宽谱电磁脉冲效应与试验分析

基于无人机GPS接收机干扰容限,分析了GPS超宽谱强电磁脉冲效应机理,开展了高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰机对典型微型无人机的效应试验,测试分析了在不同位置、不同高度、不同状态、不同飞行模式下无人机GPS接收机的高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰效应。试验结果表明,高重复频率超宽谱电磁脉冲对无人机GPS、图传系统、下视传感器均有不同程度的干扰作用,导致无人机无法正常起飞、失控等异常现象,验证了高重复频率超宽谱电磁脉冲干扰GPS接收机的可行性。     

全同轴型Marx发生器的研制与场路协同仿真

针对Marx发生器小型化的应用需求和快前沿脉冲下Marx发生器内部存在波过程的实际情况,开展了全同轴结构Marx发生器的研制和场路协同仿真。Marx发生器采用基于环形电容器、环形开关、锥形隔离电感、轴心单边充电的全同轴结构方案,避免结构偏心带来的局部场增强效应。在CST软件中建立了Marx发生器实际结构模型,利用时变材料和场路协同仿真功能实现了充放电过程的动态仿真,仿真结果显示出快前沿脉冲下Marx发生器内部存在波过程。据此可以对绝缘设计进行优化,并分析结构参数对输出脉冲的影响。研制的5级Marx发生器体积小于0.015 m³,可在10 μs内充电至88 kV,对40 Ω传输线输出峰值电压210 kV的高压脉冲,峰值功率约1.1 GW,脉冲前沿5.3 ns,半高宽11.2 ns。     

电磁脉冲作用下自由空间线缆的感应开路电压

运用时域有限差分法结合基于Kirchhoff积分的近／远场变换,计算了高功率微波（HPM）和超宽带（UWB）电磁脉冲作用下自由空间不同长度线缆上感应的开路电压,分析了感应电压峰值和线缆长度之间的变化关系以及入射波波形参数对其影响。计算结果表明,辐射场电场强度为50 kV·m-1的HPM和UWB作用在线缆上可以感应出几百V到数十kV的脉冲电压;感应电压的峰值与线缆长度之间并不是单调线性增加的关系;HPM的载频越高,感应电压峰值越小;UWB的脉冲宽度越宽,感应电压峰值越大。     

车载单极天线的电磁脉冲响应特性

针对车载系统中使用广泛的短波/超短波单极天线,利用CST仿真分析了高空核电磁脉冲对单极天线的耦合响应特性。计算了天线端接的50 Ω负载对电磁脉冲的时频域感应电压信号,研究了电压信号随不同的脉冲入射角、不同车顶面积以及天线不同位置的变化规律。仿真结果表明：馈电点响应电压峰值随着入射脉冲电场矢量与水平夹角的增大而增大,随着车顶对入射脉冲的有效反射面积增大而增大。仿真结果对车辆天线布局方案的定制及天线系统电磁脉冲防护器件的选择具有重要的指导意义。     

电磁脉冲作用下PIN二极管的响应

采用自主开发的二维半导体器件效应模拟软件,对电磁脉冲作用下PIN二极管的响应进行了数值模拟研究,分析了PIN管在脉冲电压上升沿时间内出现的电流过冲现象。结果表明:过冲电流与高频下PIN二极管的电容性有关,过冲电流的峰值与上升沿时间有关,上升沿时间越短,峰值越大;PIN管的掺杂也会对过冲电流产生影响,P层、N层的掺杂浓度越高,过冲电流的峰值越大,过冲电流的波形下降越快;I层掺杂浓度对过冲电流也有一定影响,但并不显著。     

核爆与雷电电磁脉冲识别

用经验模态分解和分形分析相结合的方法对核爆和雷电电磁脉冲信号进行了识别研究。计算了核爆和雷电电磁脉冲原始信号的盒维数,以及原始信号经验模态分解后前4阶固有模态分量（IMF）的盒维数。用最近邻法对核爆和雷电进行了识别,实验结果表明：原始信号经验模态分解后一阶、二阶IMF盒维数的识别率要略高于三阶、四阶IMF盒维数的识别率;原始信号盒维数的识别率高于经验模态分解后各阶IMF盒维数的识别率;二维和三维特征的识别率要高于一维特征的识别率,另外二维和三维特征的识别率更加趋于稳定,并且三维特征的识别率都在90%以上。     

架空线缆电磁脉冲响应的统计特性

为考察电磁脉冲在系统端口产生的电磁应力,采用场线耦合模型,计算了电磁脉冲环境、架空线缆结构和大地等参数对线缆负载响应的影响。结果表明：入射角、方位角、极化角和入射脉冲峰值是影响负载响应电流的主要因素。由于入射脉冲峰值与负载响应电流呈严格的正比例关系,可不作为随机变量考虑。最后以电磁脉冲的入射角、方位角和极化角为随机变量,分别计算180种状态的线缆终端负载的响应电流峰值,电流峰值的统计结果符合正态分布。