基于随机耦合模型的系统级电磁环境效应分析

通过宽频带电磁环境下计算机机箱关键部位感应电压统计分布的实验验证和基于随机矩阵理论的耦合模型的理论计算研究,给出了随机耦合模型(RCM)的应用流程和计算方法;就散射系数、归一化散射和归一化阻抗矩阵的统计特性进行了理论和实验研究,实验测量结果与理论分析结果非常一致;针对RCM的应用进行了初步分析,验证了随机耦合模型在复杂电磁环境下系统级效应分析和预测的适用性。结果证明此方法尤其适用于大型的具有非平行面封装腔体电子设备的电磁兼容、效应及评估等研究。     

计算机机箱关键部位感应电压统计特性分析

通过基于随机矩阵理论的耦合模型,对不同频段电磁波环境中计算机机箱关键部位感应电压的统计分布进行了理论和实验分析,实验测量结果与理论分析结果非常一致。给出了随机耦合模型应用的简单例子,验证了随机耦合模型在宽频带电磁环境下系统级效应分析和预测的适用性。为电子设备(尤其大型的具有非平行面封装腔体电子设备)电磁环境效应分析提供了一种方法。     

随机耦合模型复杂腔体电磁耦合效应统计特性

针对微波脉冲激励下复杂屏蔽腔体内部电路耦合电磁量计算的问题,建立了一个微波混沌腔体,通过测试获取了含内部电路的腔体辐射和辐射散射参数,利用随机耦合模型(RCM),对干扰脉冲能量进行了归一化处理,计算分析了微波脉冲宽度、脉冲间隔、脉冲数目以及腔体损耗因子对目标点感应电磁量统计分布的影响。计算结果表明:脉冲干扰下电路目标点耦合电磁量强于功率源激励;在脉冲能量一定的条件下,目标点耦合电磁量与微波脉冲的宽度、间隔和数目的变化均呈现一定的谐振特性,且单脉冲激励对电路的影响明显强于多脉冲。与此同时,实验还研究了电路易受电磁干扰的目标点的确定方法。     

随机耦合模型中损耗因子的分析与获取

随机耦合模型(RCM)是研究电磁脉冲干扰下波混沌系统中感应电压统计预测的新方法,其中波混沌腔体损耗因子的获取是这种方法使用的关键。从随机耦合模型理论出发,分析了损耗因子对腔体阻抗随频率变化特性的影响,探讨了不同损耗因子下归一化阻抗矩阵的统计特性,提出了使用腔体散射阻抗与辐射阻抗的比值作对照,以快速获取腔体损耗因子的新方法。     

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。     

随机耦合模型在高功率微波效应中的应用

分析了微波混沌腔体系统中关键部位感应电压的统计问题,介绍了随机耦合模型在高功率微波效应研究中的计算方法和应用,并以计算机机箱为实验系统,开展了电磁波耦合入计算机机箱腔体的电磁干扰问题研究,对其电路板上关键部位感应电压的统计计算和实验结果进行了比较,其结果基本一致。随机耦合模型在波混沌系统中感应电压的统计探讨为高功率微波效应、电磁兼容等研究提供了一种新的思路。     

基于天线辐射理论构建微波混沌腔的随机耦合模型

为了能够快速有效地求解电大复杂腔体(微波混沌腔)的电磁耦合问题, 文中采用统计电磁学方法研究了该类腔体电磁散射的统计特征. 首先, 根据天线辐射理论, 利用电磁场的本征模展开式建立了腔体耦合输入阻抗表达式. 其次, 利用波动混沌理论和概率统计方法进一步推导出了微波混沌腔的随机耦合模型. 该方法简单并且可以直接推导出三维模型. 最后, 构建了一个三维Sinai微波混沌腔并进行数值仿真实验, 其仿真实验结果与随机耦合模型计算结果的统计特征基本一致. 重要的是, 该模型与复杂腔体的细节特征无关, 能够快速有效地预测微波混沌腔的敏感耦合问题. 关键词： 统计电磁学 微波混沌腔 输入阻抗 随机耦合模型     

多腔体复杂系统电磁脉冲耦合统计特性

以双腔体级联系统为实验对象,测量了系统的输出端感应电压,对实验结果进行统计分析,并与随机拓扑模型计算结果进行对比,两者基本吻合,验证了随机拓扑模型的适用性;利用该模型计算分析了不同脉冲参数及不同拓扑结构条件下多混沌腔体复杂系统的电磁耦合统计特性。研究表明,脉冲宽度和脉冲个数与概率峰值处的感应电压均存在一定的谐振特性,且脉冲频率越低,脉冲的耦合效率越高,采用串型的拓扑结构更加有利于系统的防护和加固。     

混沌腔体的统计电磁预测技术

随机耦合模型既继承了传统确定性电磁预测方法的优点,又能克服确定性预测方法对电大混沌腔体中电磁场量预测性能较差的问题。针对统计电磁学的研究运用现状,围绕混沌腔体的统计电磁预测技术,分析了随机耦合模型在理论研究及其测试应用中需要解决的非遍历性短周期耦合、任意孔缝辐射耦合及多腔体级联能量统计分析等关键技术及其研究思路,为随机耦合模型统计电磁预测技术的研究提供了一定的参考。     

利用随机拓扑方法分析系统级高功率微波效应

为研究高功率微波与复杂系统的耦合问题,提出了随机拓扑方法。该方法是一种新的系统级电磁敏感度分析预测方法,它结合电磁拓扑理论和随机耦合模型理论,可对包含多个腔体的复杂系统的短波电磁耦合问题进行统计分析。介绍了随机拓扑方法的理论基础,并利用计算机机箱搭建了双腔体和多腔体实验平台。使用该方法对目标位置处感应电压的统计分布进行了预测,并与其他方法得到的感应电压分布进行了比较,其结果基本一致,从而证明了该方法的可行性和准确性。     

微波腔内波混沌散射的初步研究

 通过建立的微波腔模拟产生大量腔体散射矩阵和辐射散射矩阵,并转化得到归一化散射矩阵和阻抗矩阵。利用戴桑环系综对归一化散射矩阵的本征值和本征相位进行了统计分析,其本征值的模和本征相位具有统计独立性,且本征相位近似均一分布,验证了腔体中波混沌散射的存在。对数值模拟和随机矩阵理论预测得到的归一化阻抗的统计特性进行了比较,其结果基本一致,说明随机矩阵理论对归一化阻抗具有一定的预测功能。     

中频声振耦合的波函数统计能量法

为了提高中频声振耦合的计算效率,提出了波函数-统计能量法的结构-声学耦合方法,该方法从波动理论的角度出发,将波函数法(WBM)和统计能量法(SEA)结合,通过在耦合面分别施加声压激励和速度边界条件,推导了耦合面参数理论计算公式。将该方法用到长方体声腔和钢板耦合的模型中,并对100~1000 Hz的计算结果进行了实验验证。WBM-SEA模型与参考FEM-SEA模型以及实验模型的频响曲线对比结果表明,WBM-SEA与FEM-SEA以及实验结果吻合很好,验证了混合WBM-SEA的有效性。通过收敛性分析发现混合WBM-SEA方法计算时间比混合FEM-SEA方法更少。从而可以得出结论:混合波函数-统计能量法方法对中频声振耦合预测是有效的,且比FEM-SEA更加高效。      

3维微波腔体本征频率的统计分析

应用电磁波反射理论,研究了3维微波腔体本征频率的分布特征。在电大条件下,矢量电磁场本征值的平均密度函数满足Wely公式。基于波动混沌理论,推导出了规则腔体与复杂腔体本征值平方归一化相邻间距分别服从Poisson分布和Wigner分布。对于满足Wigner分布的随机变量,给出了高斯正交系综随机矩阵的统计模拟计算方法。应用数值模拟计算结果初步验证了理论分析结果。     

棒板耦合结构的振动能量传输研究

本文以棒、板耦合结构为例,从理论和实验上证明和验证了统计能量方法对强耦合结构仍然适用;进而又对该结构的耦合损耗因子进行了较为详细的计算和讨论,并与弱耦合条件下的统计能量方法结果进行了比较,得出了该方法适用的条件以及在低模态密度情况下耦合损耗因子的表示式;最后通过大量实验对所得结论进行了验证,结果是令人满意的。     

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。     

有界波电磁脉冲模拟器下短线缆效应的理论和实验研究

 研究了有界波电磁脉冲模拟器下短线缆效应的理论建模和实验方法。基于传输线模型计算了线缆在有界波电磁脉冲模拟器辐照下的电流响应。建立了有界波电磁脉冲模拟试验环境,其前沿时间小于5 ns,脉冲半高宽约200 ns。开展了短线缆的效应实验验证研究,短线缆负载端响应电流的测量和计算结果吻合得很好,表明应用改型有界波电磁脉冲模拟器开展短线缆效应实验在理论和实验上都是可行的。这种线缆实验方法具有效应实验空间电磁场分布规范均匀、参数指标可控、监测技术成熟等优点。     

基于指条厚度优化的冷凝式SAW气体传感器灵敏度提升方法

该文通过对声表面波谐振器指条厚度的优化提升了冷凝式气体传感器的灵敏度。基于流固耦合理论,利用有限元商业软件建立了有液膜负载和无液膜负载下的多物理场三维周期模型,并提取了相应的耦合模参量,利用耦合模模型及P矩阵级联技术,计算了不同指条厚度下液膜负载引起的传感器响应,获得了冷凝式声表面波气体传感器灵敏度随指条厚度的变化关系。实验中制备了6种不同电极厚度的声表面波谐振器,并利用甲基膦酸二甲酯实验样品完成了传感器的响应测试,验证了理论分析的正确性。结果表明,冷凝式声表面波气体传感器的灵敏度随指条厚度的增加先变大后减小,最优归一化电极厚度为6.4%～7.6%之间。该研究结果对进一步提升传感器灵敏度具有重要意义。     

水平变化波导中的全局矩阵耦合简正波方法

提出了一种新的水平变化波导中声场的耦合简正波求解方法,该方法能够处理二维点源和线源问题,提供声场的双向解。该方法利用全局矩阵(DGM)一次性求解耦合模式的系数,消除了传播矩阵递推求解中存在的误差累积问题;此外,改善了现有模型中对距离函数的归一化方法,从而避免了泄露模式指数增长导致的数值溢出问题。本文还给出了绝对软海底理想波导中耦合矩阵的闭合表达式,并分析了单个阶梯下简正波耦合现象。此外,本文还计算了理想楔形波导中的声传播问题(ASA标准问题),并与解析解及COUPLE07计算结果进行了比较,结果表明该方法是一种稳定、精确的水平变化波导中的声场计算方法。      

基于数字地图的二维电波传播问题仿真

为快速预测二维地理环境下的电磁环境特性,应用二维抛物方程模型对电磁环境进行仿真。为了得到真实有效的地形数据,研究了从GeoTiff中抽取网格点上地理信息的方法,并利用双线性插值法计算了任意位置处的高程值。同时研究了地球表面两点之间计算距离的方法,将该方法的计算结果与GIS软件结果进行对比,验证了该方法的可靠性。在标准大气环境下,利用二维抛物方程模型仿真分析了不同距离处不同高度的电波传播传播因子的变化情况,为预测真实地理环境中的电波传播特性提供了一种有效的方法。     

面向超短波接收机射频前端的电磁脉冲效应仿真与效应分级方法

针对接收机射频前端在电磁脉冲环境作用下的电磁损伤过程模拟问题,以超短波接收机为具体研究对象,基于超外差式接收机电路功能模型,采用Verilog-a和SPICE网表联合建模方法,建立了射频前端低噪声放大器（LNA）电磁脉冲效应仿真模型(Extended LNA Model),并通过S参数仿真和瞬态仿真验证了LNA电磁脉冲效应模型具备正常功能仿真能力;为验证该模型的电磁脉冲损伤模拟能力,以标准电磁脉冲波形作为激励,以偶极子天线作为简化的天线前门耦合通道,在不同强度电磁脉冲作用下,接收机中频电路信号输出表现出了无影响、干扰、损毁的电磁脉冲效应过程,说明了建模方法的有效性;最后以EMP-天线耦合电压峰值作为阈值指标,分析得到了超短波接收机不同电磁脉冲效应等级对应的电压峰值阈值数据。