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     

建筑物墙壁电磁耦合截面建模及应用

电磁波照射下的建筑物室内电磁环境具有混响效果,因此可采用功率平衡法（PWB）快速评估室内电磁环境水平。然而目前PWB方法中电大腔壁耦合截面（CCS）的计算模型建立在腔内电磁波不穿透腔壁的条件下,无法直接用于电磁波可穿透室内建筑物墙壁的耦合截面计算。为此,提出了一种适用于电磁波穿透有限厚度建筑物墙壁的CCS计算新模型。该模型考虑实际建筑物墙体的厚度和材料电磁特性,能够充分反映电磁波因有限厚度墙壁多次反射对室内电磁环境水平的影响。将该模型应用于室内电场水平的快速评估,预测结果与实际测量结果吻合较好,证明了所提有限厚度建筑物墙壁CCS模型的合理性。     

腔体内传输线耦合的电磁仿真软件与传输线方程的混合算法

研究了一种有限积分法软件与传输线方程相结合的混合算法,用于解决复杂电磁环境下屏蔽腔体内传输线的电磁耦合问题。利用有限积分法软件实现屏蔽腔体的建模,仿真得到腔体内部空间电磁场分布,并设置电场探针提取出传输线的激励场。利用传输线方程建立腔体内传输线的耦合模型,将得到的传输线激励场引入到传输线方程作为等效分布电压和电流源。利用时域有限差分(FDTD)格式对传输线方程进行离散,从而迭代求解出传输线终端负载上的电压和电流响应。通过与文献以及传统数值算法的计算结果进行对比,验证混合算法的正确性。研究表明,该混合算法在模拟电大尺寸腔体内传输线的电磁耦合方面,具有较高的精度和计算效率。     

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。     

平面波照射下开孔矩形腔体的电磁耦合与屏蔽效能研究

基于Bethe小孔耦合理论和腔内电磁场的本征模展开, 建立了平面波照射下开孔矩形腔体电磁场分布的近似解析模型. 该模型物理意义清晰, 可以考虑开孔的形状、 尺寸、 个数及位置和入射波的传播与极化方向等参数的影响. 该模型的计算结果优于传统的等效电路方法, 与实验结果的一致性更好. 计算分析了相关因素对电磁屏蔽效能的影响规律, 所得结果对电磁屏蔽腔体的设计有指导意义.     

模式匹配与积分方程在HPM模拟中的应用

针对具有电大尺寸、厚介质罩且馈源采用特定模式激励的高功率微波(HMP)传输及辐射结构研究了一种新型的电磁建模技术。将模式匹配方法与积分方程方法进行混合,构建了电磁模型的方程组,采用多层快速多极子技术、预条件器等进行求解加速,最终形成了可对电大尺寸HPM传输、辐射系统进行高效全波电磁仿真的技术。以电大变张角喇叭馈源、功率合成天线、波束波导及波束波导天线作为实例,构建了几何及电磁模型,并进行了包括远区方向图、近区功率密度分布在内的数值模拟,对该技术的正确性和通用性进行了验证。结果表明,该技术边界拟合准确,内存消耗低,且对馈电模式能予以准确反映,适用于HPM传输发射的高效高精度模拟。     

窄缝耦合的快速估算法

 基于小孔耦合理论和腔体格林函数,提出了长宽比大于10的窄缝耦合的快速算法,并与Micro-Stripes软件的计算结果进行比较,两者基本一致。研究了窄缝位置、数量及腔体尺寸对屏蔽效能的影响,结果表明：每增加一条相同尺寸、相同取向的窄缝可使腔体的腔体屏蔽效能下降约6 dB;窄缝长度不变的条件下,长宽比每增大1倍则屏蔽效能增加1 dB,并且增大腔体任一方向的尺寸都可以使屏蔽效能增大;除腔体的谐振频率与软件计算结果稍有差异之外,快速算法与软件的计算结果吻合很好,而快速算法的速度远大于软件计算速度,且适合于高频范围。     

微波脉冲与不同形状带矩形孔缝腔体耦合的数值模拟

 利用时域有限差分法对微波脉冲与带矩形孔缝的矩形和圆柱形腔体两种系统的线性耦合过程进行了研究。首先用数值方法分析了耦合过程中的场增强现象、脉宽展开现象和腔体调制现象,并发现了耦合过程中微波脉冲存在频谱分离现象。当微波脉冲的电场与孔缝窄边平行时,借助耦合函数对两个系统内部耦合场的分布特性进行了研究,结果表明在与孔缝窄边垂直的平面内,越靠近腔体壁,耦合场越弱。此外,两种腔体内部的耦合场在腔体截面内均呈现准周期振荡分布,矩形腔体内部耦合场振荡的幅值较均匀,而圆柱形腔体内部耦合场幅值在其截面中心附近区域最大;除了孔缝附近区域外,圆柱腔体轴线两端的耦合场远大于矩形腔体相应的耦合场。最后,研究了孔缝耦合共振频率与孔缝尺寸的关系,结果表明系统耦合共振频率不只与孔缝尺寸有关,而是由孔缝尺寸和腔体形状及其对微波脉冲的反射特性共同决定。     

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。     

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。     

微带线电路板端口对入射电磁波的电压响应

 在考虑电磁波与电子设备的耦合时,屏蔽腔中电路板端口对入射电磁波的电压响应是一个重要的参数。分别计算了微带线电路板端口在自由空间和在屏蔽腔内这两种不同情况下的电压响应,以及屏蔽腔内耦合系数的变化。对所得结果进行了比较分析,结果表明,在自由空间时,响应电压频谱为连续的变化,而在屏蔽腔内时,只有在本征模的频率处才会激励起端口电压,频谱分布变为分立的。当屏蔽腔上开有窄缝时,窄缝方向和入射场极化方向对激励起来的端口电压都有影响,而电场极化方向和微带线方向之间的关系,是决定端口激励电压大小的关键因素。     

超宽带电磁脉冲对腔体孔缝耦合效应的数值模拟

 为了解孔缝耦合对超宽带电磁脉冲干扰和毁伤电子设备的影响,应用时域有限差分法对长方腔体上不同形状的孔缝耦合效应进行了数值研究。选取mm量级的微小孔缝为研究对象,分析不同入射角度、不同脉宽的激励源对耦合效应的影响,得到了孔腔共振效应、孔缝增强效应和腔体内场强的分布规律。研究表明：长方孔在孔缝附近存在明显的增强效应,超宽带脉冲对正三角孔和方阵的耦合系数最小,脉宽短的入射脉冲耦合效应明显强于脉宽长的脉冲,耦合效应基本随入射角的减小而缓慢减小。     

PO-TDIE混合方法在天线电磁兼容问题中的应用

应用物理光学-时域积分方程(PO-TDIE)混合方法对电大尺寸平台天线电磁兼容问题进行分析.详细推导PO-TDIE混合方法的一般表达式,并给出计算复杂度.数值算例表明,方法提高了传统时间递推方法(MOT)的计算效率,能够有效应用于电磁兼容分析中.     

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。     

电磁波在高密度等离子体微柱腔体结构中的新传输模式

超高声速飞行器再入过程中会因为等离子体鞘层而产生通信中断,俗称"黑障".近些年人们针对黑障通信的研究虽取得了一些成果,但仍然没能从根本上解决问题.本文从电磁波在高密度等离子体柱中的传输机理研究出发,借鉴二维光子晶体和表面波局域耦合相关理论,设计出了一种新型的等离子体微柱腔体结构,在这种特殊结构下L和S波段的电磁波在某些频段内出现了不同寻常的传输现象,即从高密度等离子体柱的内部穿过.这种新结构下的传输模式将为黑障通讯研究提供新的技术途径和方法.     

低频电磁脉冲对复杂电大目标耦合效应

针对复杂电大目标电磁脉冲耦合效应缺乏定量研究的问题,基于时域有限差分方法(FDTD)建立了一套电磁脉冲耦合效应建模与评估分析流程,开展了低频电磁脉冲激励下的仿真试验,获取和分析了特性数据,进而提出了一种表面加载透明导电材料的低频电磁脉冲激励防护方法。试验结果表明:基于功率密度的易损性分析具有良好的工程适用性,而且防护方法对低频电磁脉冲激励具有较好的屏蔽效能。     

电磁脉冲与窄缝腔体耦合共振特性分析

 应用时域有限差分法模拟计算了电磁脉冲对窄缝和窄缝腔体的线性耦合过程。通过定义能量耦合传输系数，分析耦合能量随窄缝宽度和厚度及时间的变化关系，得出在正弦波调制的高斯脉冲源激励下，窄缝和窄缝腔体的耦合共振特性。