国家关键基础设施电磁恢复力

随着国家关键基础设施建设规模和信息化水平的提升,其在高空电磁脉冲、有意电磁干扰和地磁暴等强电磁环境下的电磁安全逐渐受到了国内外的关注。强电磁环境属于小概率、高风险事件,其影响机理和评估方法与雷电、系统内过电压等常规电磁事件有较大不同,采用期望风险指标的常规可靠性分析方法难以有效评估管理强电磁环境相关风险。从电磁恢复力视角出发,提出了关键基础设施电磁安全的三棱锥模型,并重点以电网为例,探讨关键基础设施电磁恢复力的内涵和外延,并对开展电磁恢复力研究提出建议。     

高置信度强电磁脉冲环境测试技术研究进展与展望

高置信度强电磁脉冲环境测试技术,作为强电磁脉冲研究领域的重要基础共性技术,近年来受到了国内外科研人员的高度关注。主要从天线（传感器）、链路信号传输畸变补偿等方面系统回顾当前高置信度强电磁脉冲环境测试技术研究进展,并结合强电磁脉冲环境生成技术、效应与防护研究发展趋势,阐述强电磁脉冲环境测试面临的挑战,并对高置信度强电磁脉冲环境测试技术发展进行初浅展望,以期为强电磁脉冲技术领域科研人员提供借鉴、参考。     

JEMS-FDTD软件在运输机电磁特性仿真中的应用

复杂电磁环境的研究包括多方面内容,其中飞行器的电磁环境效应研究受到了较多的关注。随着计算机技术的飞速发展,利用数值模拟技术获得飞行器电磁特性已经成为飞行器电磁环境效应研究的一个重要手段。我们将自主研发的大规模并行三维时域全波电磁模拟软件JEMS-FDTD应用于运输机整机电磁特性仿真,计算并分析了飞机的电磁耦合散射特性,获得了飞行器在电磁脉冲照射下的时域/频域、近场/远场等电磁信息。计算中为保证精度采用了非均匀以及高阶FDTD计算技术。     

Effect of pollution severity class and service year on corona characteristics and electromagnetic environment degradation of aged conductors

Corona discharge and electromagnetic environment on AC long-term operated conductors are important issues for extra-high-voltage transmission lines. To investigate the relation between conductor age and electromagnetic environment, including audible noise and radio noise, several groups of long-term operated conductors in China are selected for corona cage experiment. According to corona tests, corona discharge becomes more serious as the applied voltage improves. Difference of electromagnetic environment between conductors of different operated year increases. Corona discharge and electromagnetic noise become more serious as the service year lengthens. When the operated years are close, the general environment is important in electromagnetic environment degradation.     

Quasinormal Modes of the Schwarzschild Black Hole Surrounded by the Quintessence Field in Rastall Gravity

The quasinormal modes of the Schwarzschild black hole surrounded by the quintessence in Rastall gravity are studied using the sixth-order Wentzel-Kramers-Brillouin approximative approach. The effect of the Rastall parameter on the quasinormal modes of gravitational, electromagnetic and massless scalar perturbations is explored. Compared to the case of Einstein gravity, it is found that, when η < 0, the gravitational field, electromagnetic field as well as massless scalar field damp more rapidly and have larger real frequency of oscillation in Rastall gravity, while when η > 0, the gravitational field, electromagnetic field as well as massless scalar field damp more slowly and have smaller real frequency of oscillation in Rastall gravity. It is also found that the gravitational field, electromagnetic field as well as massless scalar field damp more and more slowly and the real frequency of oscillation for the gravitational perturbation, electromagnetic perturbation as well as massless scalar perturbation becomes smaller and smaller as the Rastall parameter η increases. Compared among the quasinormal frequencies of gravitational, electromagnetic and massless scalar perturbations, I find that, for fixed η, (l, n), ∈ and N_q, the oscillation damps most slowly for the gravitational perturbation, mediate for the electromagnetic perturbation and most rapidly for the massless scalar perturbation, and the real frequency of oscillation is the smallest for the gravitational perturbation, mediate for the electromagnetic perturbation and the largest for the massless scalar perturbation in Rastall gravity.     

孔缝对金属腔体强电磁脉冲耦合特性影响研究

核电磁脉冲和高功率微波等强电磁脉冲易造成电子设备功能失效甚至损毁,在实际工程实施中用金属腔体对电子设备进行屏蔽是常用的强电磁脉冲抑制手段。基于电磁仿真计算,对含矩形孔缝金属腔体的强电磁脉冲耦合特性进行了系统研究,阐述了孔缝宽长比、腔体尺寸等因素对多种不同类型强电磁脉冲（核电磁脉冲、宽带高功率微波、窄带高功率微波）作用下腔体内耦合场的影响;并以此为基础,重点分析了强电磁脉冲与含孔缝金属腔体之间的作用机制。研究结果表明:不同类型强电磁脉冲耦合信号差异明显,金属腔体对强电磁脉冲的响应是腔体谐振模式、孔缝谐振频率与强电磁脉冲共同作用的结果;当腔体谐振模式、孔缝谐振频率在强电磁脉冲的带内时,腔体内部的耦合场会出现增强效应;特别地,腔体与孔缝间的相互作用还可造成腔体与缝隙的谐振频率发生偏移。因此,在为电子设备设计金属屏蔽外壳时,应基于不同强电磁脉冲的频带范围,对腔体与孔缝的尺寸进行综合设计,抑制腔体、孔缝谐振及谐振频率偏移,提升其强电磁脉冲防护性能。     

On the Number of Photons in a Classical Electromagnetic Field

Relations determining the number of photons in an electromagnetic field are considered from the point of view of a classical electromagnetic field. A relativistically invariant expression is obtained for the number of emitted photons in terms of charges and currents producing the electromagnetic field. Examples are considered for calculating the numbers of photons in the electromagnetic field for the case of the electric dipole radiation field, as well as the field of a finite and spatially restricted electromagnetic pulse.     

JEMS-FDTD软件在电磁脉冲区域传播数值模拟中的应用

电磁脉冲区域传播数值模拟是电磁环境效应分析的重要环节, 面临空间尺度巨大、多辐射源、复杂地貌等技术挑战。本文介绍了三维时域全波电磁模拟并行软件JEMS-FDTD的研制进展。在大规模并行计算FDTD方法的基础上结合自适应网格技术, 研制了一种适应于大区域电磁脉冲传播的高效时域全波计算方法。并基于该技术实现了千km2级城市电磁脉冲区域传播的数值模拟, 获取了全空间的时域电磁场信息, 验证了软件在电磁脉冲区域传播仿真应用中的可行性。     

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。     

电磁波在非均匀碰撞等离子体中的透射增强效应

为研究碰撞等离子体对电磁波传输性质的影响,基于电磁波在介质中的传输特性,将等离子体作为一种特殊的介质,针对一定实验条件下的高功率微波（HPM）大气等离子体与一定范围电磁波的透射特性开展了实验、理论及仿真研究。研究发现:S波段HPM在50 Pa真空下形成的等离子体对不同频率的电磁波透射特性具有较大影响,且在一定频率范围内有规律地出现电磁波透射信号增强效应现象;获取了一系列不同频率连续电磁波穿过HPM等离子体区域的透射波形,并对波形进行了归一化处理,在32.4 GHz下,连续电磁波穿过有无等离子体区域的透射系数约有2倍的差异。建立了仿真模型,获得31.5～32.5 GHz范围内透射系数分布曲线图,穿过等离子体的电磁波出现透射增强效应,且在某些频点上出现了约1.9倍的透射增强。该研究成果为HPM大气等离子体在隐身、应急通讯、黑障通讯等方面的应用提供了重要的技术支撑。     

等离子体中电磁波传输特性理论与实验研究

本文对35 GHz和96 GHz电磁波在等离子体中的传输特性进行了理论与实验研究, 得到了电磁波衰减随等离子体密度、碰撞频率和电磁波频率的变化规律. 等离子体密度增加一个数量级时, 电磁波衰减增加一个数量级; 随着等离子体碰撞频率的增加, 电磁波衰减先增加后减小; 随着电磁波频率的增加, 衰减下降. 以激波管为实验平台进行了电磁波在等离子体中传输特性的实验研究, 实验结果和理论结果吻合较好. 理论和实验结果均表明, 提高电磁波频率是解决黑障问题的有效途径.     

无线遥控活塞式多速率显示电磁炮演示仪

应用电磁学理论、机械力学以及电子技术自制了无线遥控活塞式多速率显示电磁炮演示仪.利用演示效果显著及安全性能可靠的塑料乒乓球作为炮弹,并在仪器的电磁线圈内装一可滑动的金属制动活塞,使活塞在电磁线圈内的运动无线可控,且可显示其活塞的速率、炮弹的初速率.该仪器可以用于电磁学部分的演示实验教学和特性分析.     

电子学系统强电磁脉冲干扰场路结合仿真

对设备机箱内部某串口电路受外界强电磁脉冲干扰所引起的信号完整性问题进行了研究,基于场路结合的仿真分析方法,从空间电磁耦合现象和电路信号干扰效应这两个方面对强电磁脉冲干扰进行了完整的系统分析,发现电磁干扰可导致内部电路出现逻辑电平翻转等扰乱效果,并提出了有效避免电磁干扰的措施。     

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将等离子体作为磁流体,考虑其流体属性和电磁属性,介绍了利用FLUENT软件包并将其进行二次开发,解算电磁场方程、质量连续性方程、动量守恒方程、以及能量守恒方程的数值模拟方法,得到了以磁矢势为表达形式的电磁场分布、温度分布和速度分布.数值模拟了粉末球化所用的感应耦合等离子体炬电磁场分布、温度分布、速度分布.分析了温度分布、速度分布产生的物理原因,为感应耦合等离子体炬球化粉末颗粒提供理论性指导.     

物理隔离网络电磁漏洞研究

物理隔离网络的电磁攻击手段, 其主要目标是建立与外部互联网的隐蔽连接通道。近年来跨越物理隔离网络的方法和工具被陆续公开, 相应的分析方法和检测手段也逐步被国内外安全团队提出。掌握漏洞才能掌握网络安全的主动权, 对比网络安全漏洞, 电磁漏洞定义为能对设备或系统造成损害的电磁因素。以物理隔离网络为例, 电磁漏洞主要指的是网络的硬件和系统缺陷, 利用这些缺陷可以直接建立或通过植入恶意软件建立能突破物理隔离的电磁信号的信息收、发隐蔽通道。通过广泛的漏洞挖掘与验证, 从物理信号类型、信息传递方向、信号生成与作用机理、漏洞利用方式以及漏洞检测方法上提出物理隔离网络电磁漏洞分类方法; 通过综合借鉴网络安全漏洞、电磁信息安全检测、物理隔离隐蔽通道等领域的研究方法, 提出电磁漏洞的研究方法; 从深化主动检测、群智漏洞挖掘、网络电磁安全融合、大数据监测等角度, 提出了物理隔离网络电磁漏洞库的建立方法。     

Ku/K波段双频涡旋电磁阵列天线设计

涡旋电磁波具有携带轨道角动量的特性,利用这一特性,采用涡旋电磁波作为信号的载体,可以实现同一时间、同一频段的多路信号传输,极大地提高系统容量和频带利用率。以同轴馈电的半圆型开槽微带天线为单元,设计出了一种能工作在Ku波段和K波段的涡旋电磁阵列天线。使用三维电磁场仿真软件建模并且优化参数,最终得到在中心频率分别为17.1 GHz和19.7 GHz时,阵列天线产生的电磁波携带有轨道角动量。结论表明:该阵列天线能够产生双频涡旋电磁波。     

Analysis of Electromagnetic Information Leakage Based on Cryptographic Integrated Circuits

Cryptographic algorithm is the most commonly used method of information security protection for many devices. The secret key of cryptographic algorithm is usually stored in these devices’ registers. In this paper, we propose an electromagnetic information leakage model to investigate the relationship between the electromagnetic leakage signal and the secret key. The registers are considered as electric dipole models to illustrate the source of the electromagnetic leakage. The equivalent circuit of the magnetic field probe is developed to bridge the output voltage and the electromagnetic leakage signal. Combining them, the electromagnetic information leakage model’s function relationship can be established. Besides, an electromagnetic leakage model based on multiple linear regression is proposed to recover the secret key and the model’s effectiveness is evaluated by guess entropy. Near field tests are conducted in an unshielded ordinary indoor environment to investigate the electromagnetic side-channel information leakage. The experiment result shows the correctness of the proposed electromagnetic leakage model and it can be used to recover the secret key of the cryptographic algorithm.     

自控式电磁线圈炮

以交流电驱动电磁场为动力，结合直流电机与磁力天平理论的新成果，设计了线圈型电磁炮.     

Properties of a background electromagnetic field near mechanically loaded conductors and dielectrics

A background electromagnetic field near conductors and dielectrics as a carrier of information about processes occurring in the material is analytically and experimentally analyzed. Methods to discriminate weak deterministic variations of electromagnetic signals generated by the object from the chaotic variations of a much larger amplitude background electromagnetic field are suggested.