导体板上单极天线对电磁脉冲响应特性的矩量法分析

 针对应用广泛的单极天线,基于矩量法分析了天线对高空电磁脉冲和高功率微波、超宽带非核电磁脉冲的响应,计算了三类电磁脉冲通过天线耦合产生感应电流频谱响应和时域瞬态响应,窄带脉冲的响应曲线与入射脉冲有较大相似性,电流响应峰值依次为100,60和10.3 A,对现有大功率限幅器的功率容限提出了更高的要求。     

导体板上单极天线对电磁脉冲响应特性的矩量法分析

针对应用广泛的单极天线,基于矩量法分析了天线对高空电磁脉冲和高功率微波、超宽带非核电磁脉冲的响应,计算了三类电磁脉冲通过天线耦合产生感应电流频谱响应和时域瞬态响应,窄带脉冲的响应曲线与入射脉冲有较大相似性,电流响应峰值依次为100,60和10.3 A,对现有大功率限幅器的功率容限提出了更高的要求。     

短波接收天线系统核电磁脉冲注入试验

为评估高空核电磁脉冲(HEMP)对某型短波接收天线系统的威胁,对包含浪涌保护器在内的天线前端设备进行HEMP传导注入试验。采用纳秒级快前沿方波源和双指数波电流源,分别测试不同浪涌保护措施的快脉冲响应。结果表明,主要由于天线末端的气体放电管在高过压比下很快动作(1 ns量级)、信号浪涌保护器内瞬态电压抑制器(TVS)限幅、信号传输设备内放大器饱和限幅等多重作用,注入幅度约3.5 kV的快前沿方波、电流峰值1.8 kA的双指数波(20/500 ns)脉冲都能及时泄放,只在传输设备输出端产生一个幅度饱和(< 3 V)、持续μs量级的干扰信号。对这一类低工作电压天线系统,利用基于市售浪涌保护器的多重防雷措施能够同时实现对核电磁脉冲传导环境的防护。     

基于TEM喇叭的电磁脉冲辐射天线优化设计

针对TEM喇叭天线终端反射大、低频辐射效率低的问题,对其进行了仿真优化设计。采用时域分析方法,分析了端部加载电阻与背部加载电阻的低频补偿方法,对TEM喇叭天线的尺寸、极板顶角等结构参数进行了优化,采用末端卷边结构,提升了辐射场的峰值场强与脉宽。根据仿真优化结果,研制了长度2.5 m、天线极板间张角45°、天线极板顶角45°的TEM喇叭天线,通过实测验证了仿真结果。结果表明,加载电阻可以有效降低反射,背部加载电阻方式的峰值场强和脉宽比端部加载电阻高,且采用4个电阻并联加载的效果较好;适当增加天线长度、极板顶角以及极板间夹角可以提高天线辐射性能。该研究结果为TEM喇叭天线在辐射式核电磁脉冲试验系统的应用提供了参考。     

电磁脉冲辐射器近区场数值模拟

电磁脉冲辐射器是便携式电磁脉冲电场屏蔽效能测试设备的关键部分。提出了一套小型电磁脉冲辐射器的方案,并采用时域有限差分法在计算机上模拟了辐射器产生的近区电磁场, 结果表明,如果高压脉冲源产生的脉冲电压为双指数波,则通过天线辐射产生的近区场的波形也为双指数波,从而,使近场参数均能达到测试设备所要求的指标,说明所提供电磁脉冲辐射器的方案为可行。     

电磁脉冲辐射器近区场数值模拟

 电磁脉冲辐射器是便携式电磁脉冲电场屏蔽效能测试设备的关键部分。提出了一套小型电磁脉冲辐射器的方案，并采用时域有限差分法在计算机上模拟了辐射器产生的近区电磁场, 结果表明，如果高压脉冲源产生的脉冲电压为双指数波，则通过天线辐射产生的近区场的波形也为双指数波，从而，使近场参数均能达到测试设备所要求的指标，说明所提供电磁脉冲辐射器的方案为可行。     

近地长电缆对高空电磁脉冲晚期部分的响应

 根据传输线理论，计算了高空电磁脉冲晚期部分作用下近地长电缆外导体的感应电流，给出了电缆取不同长度、端接不同阻值负载时的电流波形。计算结果表明，当电缆长度为几十km，外导体两端接地，其感应电流峰值可达数十A，且随电缆长度的增加而增加，但电流增幅随电缆长度的增加逐渐变慢。当接地电路中串接较大电阻时，感应电流峰值明显降低。     

新型顶部加载单极天线

提出了一种新型顶部加U型负载的单极天线结构,给出了设计思想和结构模型,该天线采用同轴馈电,辐射轴向笔状波束且线极化特性良好的波,在理论分析的基础上具体对其进行了仿真,并依照仿真的尺寸结果,加工实物进行了实验研究。仿真结果表明：该天线实现了同轴馈电单极天线的轴向辐射,当工作频率在4.0 GHz时,天线轴向增益为8.33 dBi,轴向轴比为－69.64 dB,反射系数为0.034;在3.83～4.5 GHz的频率范围内反射系数小于0.1。实验结果表明：该天线在中心频率时测量增益为8.116 dBi,驻波比为1.098,并且在3.75～4.50 GHz的范围内驻波比都小于1.2,可以看出仿真结果与实验结果基本一致,互相进行了验证。     

新型顶部加载单极天线

提出了一种新型顶部加U型负载的单极天线结构,给出了设计思想和结构模型,该天线采用同轴馈电,辐射轴向笔状波束且线极化特性良好的波,在理论分析的基础上具体对其进行了仿真,并依照仿真的尺寸结果,加工实物进行了实验研究。仿真结果表明:该天线实现了同轴馈电单极天线的轴向辐射,当工作频率在4.0 GHz时,天线轴向增益为8.33 dBi,轴向轴比为-69.64 dB,反射系数为0.034;在3.83~4.5 GHz的频率范围内反射系数小于0.1。实验结果表明:该天线在中心频率时测量增益为8.116 dBi,驻波比为1.098,并且在3.75~4.50 GHz的范围内驻波比都小于1.2,可以看出仿真结果与实验结果基本一致,互相进行了验证。     

高空核爆电磁脉冲穿透电离层数值计算

 电离层对电磁脉冲传播的影响可以用一个频域的电流密度来描述,在时域则等效为一附加的电流密度和电导率。推导了附加电流密度和电导率在时域的表达式,它们是电离层参数和作用电场的函数,并以差分方程的形式给出。高空核爆电磁脉冲(HEMP)的计算是在时域进行的,将该电流密度和电导率计算方法应用于HEMP产生和传播的自洽计算中。作为算例,计算了100 km高空核爆电磁脉冲产生和向上传播的3种情况,并对计算结果进行了比对分析。计算结果表明:电离层时域计算方法与核爆电磁脉冲计算方法的结合是合理有效的,爆点上方考虑电离层影响的HEMP要比不考虑电离层影响的结果小得多。     

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。     

X波段4单元微带天线阵辐照响应

采用时域有限差分法,并结合导体边缘奇异性处理技术,在不降低计算效率的情况下,保证了计算精度,得到了高功率电磁脉冲辐照下X波段4单元微带天线阵的响应。计算结果表明：馈电点最大响应电压峰值由天线阵各阵元接收的入射脉冲在馈电点叠加引起,且天线阵中主要存在与馈电点激励天线阵不同模式的波。响应电压峰值随着入射脉冲波矢量与正z轴夹角的减小而增大,随着入射脉冲波矢量xOy平面投影与正x轴夹角的增大而增大,频谱随着上述两个夹角的增大均向低频转移。     

高空核爆电磁脉冲穿透电离层数值计算

电离层对电磁脉冲传播的影响可以用一个频域的电流密度来描述,在时域则等效为一附加的电流密度和电导率。推导了附加电流密度和电导率在时域的表达式,它们是电离层参数和作用电场的函数,并以差分方程的形式给出。高空核爆电磁脉冲(HEMP)的计算是在时域进行的,将该电流密度和电导率计算方法应用于HEMP产生和传播的自洽计算中。作为算例,计算了100 km高空核爆电磁脉冲产生和向上传播的3种情况,并对计算结果进行了比对分析。计算结果表明:电离层时域计算方法与核爆电磁脉冲计算方法的结合是合理有效的,爆点上方考虑电离层影响的HEMP要比不考虑电离层影响的结果小得多。     

建筑墙体对电磁脉冲响应的FDTD分析

采用时域有限差分法和傅里叶变换对电磁脉冲作用于建筑墙体后发生的反射和透射进行了比较全面的研究分析。采用周期边界实现了不同建筑墙体对电磁脉冲响应的数值计算,对计算的结果进行了讨论分析,研究结果表明：钢筋阵对低频段的屏蔽效果很好,当频率增加时,屏蔽效果变差。混凝土墙的频域波形具有明显的周期性,存在许多谐振频率,谐振时透过很大,谐振频率由墙的厚度、磁导率和介电常数决定,要提高墙的屏蔽效果必须增加墙的电导率,以达到一个比较好的屏蔽效果。钢筋混凝土墙的屏蔽效果和反射特性由钢筋和混凝土墙共同调制决定。     

X波段4单元微带天线阵辐照响应

采用时域有限差分法,并结合导体边缘奇异性处理技术,在不降低计算效率的情况下,保证了计算精度,得到了高功率电磁脉冲辐照下X波段4单元微带天线阵的响应。计算结果表明:馈电点最大响应电压峰值由天线阵各阵元接收的入射脉冲在馈电点叠加引起,且天线阵中主要存在与馈电点激励天线阵不同模式的波。响应电压峰值随着入射脉冲波矢量与正z轴夹角的减小而增大,随着入射脉冲波矢量xOy平面投影与正x轴夹角的增大而增大,频谱随着上述两个夹角的增大均向低频转移。     

辐射式核电磁脉冲模拟器TEM喇叭天线

针对辐射式核电磁脉冲模拟器采用TEM喇叭天线作为辐射天线时低频辐射能力有限的问题,对板型和线型两种基本形式的TEM喇叭天线进行了分析。在采用线型TEM喇叭天线以减轻模拟器重量的基础上,在天线末端采用螺旋线结构,并增加屏蔽板回路,构造了一种新型TEM喇叭天线。结果表明：与普通线型TEM喇叭天线相比,该新型天线较大地提高了低频辐射性能,可使近场波形脉宽提高7 ns左右,峰值场强提高了1 kV/m左右;通过增大螺旋线半径和提高螺旋线密度可以提高峰值场强,增加近场波形脉宽;通过屏蔽板回路可以降低反射波纹的波峰从而改善近场波形。     

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。