空间相机光学窗口热光学性能的仿真分析

 空间相机光学窗口与周围环境进行热交换,导致窗口的温度发生不均匀变化,包括整体温度水平的变化以及产生径向温差、周向温差和轴向温差。这些温度梯度将影响相机的光学系统质量。针对某相机光学窗口温度分布不均匀的特点,提出利用非顺序光路建立复杂光瞳的方法对光学窗口进行分区,在各子区域上建立温度的径向分布特征,然后将各子区域的变化再统一到整个元件中,进而评判对整个系统的影响。结果表明,新方法合理可行,温度周向不均匀分布会降低光学系统质量,并且不能完全通过离焦来补偿。     

静电屏蔽与电磁屏蔽

全面讨论了静电屏蔽和电磁屏蔽的屏蔽机理,从本质上分析了静电屏蔽与电磁屏蔽的不同,即静电屏蔽屏蔽的是静电场,金属腔或者金属网.在外电场的作用下处于静电平衡后腔内场强为零,使腔内空间不受外电场的影响,且接地的金属腔外部的电场不会受到腔内电场的影响;电磁屏蔽是金属导体对电磁波的吸收和反射,得出孕妇防辐射服有一定作用的结论;电磁干扰是屏蔽器发出同频率段的电磁波,从而对基站发出的电磁波进行干扰,对手机信号达到一个屏蔽的效果.     

金属网栅光学波段衍射分布研究

为了研究金属网栅高级次衍射产生的杂散光分布方式,进而在设计层面定量地控制网栅衍射能量分布,提升光学系统的探测能力,使用数学计算软件对不同结构形式金属网栅光学波段的衍射特性进行了建模和离散化仿真,利用快速傅里叶变换方法对不同结构的金属网栅在光学波段的衍射分布进行了离散化仿真计算。结果显示,周期性网栅的+1～+3级次衍射的归一化能量一般在-3～-2 dB级别,圆环网栅不会集中于轴向,并且随着衍射级次增加,衍射能量较方形网栅下降更快。随机网栅具有几乎完全均匀的衍射分布,并且高级次归一化衍射能量可控制在-6～-5 dB,远低于周期性网栅,使用在成像系统中能够将网栅衍射造成的杂散光匀化,降低背景噪声,提高成像质量。     

超高声速飞行器光学窗口气动光学效应分析

超高声速飞行器在大气中飞行时,由于气动热和气动力的作用,光学窗口会产生严重的气动光学效应,使目标图像发生像偏移、抖动、模糊和能量衰减。利用有限元分析方法对光学窗口的热光效应、弹光效应和窗口热变形进行研究,计算了由热光学效应、光学窗口热变形引起的点扩散函数峰值大小及峰值位置(像偏移)随时间的变化趋势。根据对温度场的分布分析,计算了温度梯度对透过率的影响以及透过率与窗口热辐射随时间变化的趋势,可为光学窗口的设计、材料的选择及后期的图像处理提供依据。     

光学窗口形变对平行光管光学性能影响分析

由于环境工况的多变性,光学窗口设计交叉了光、机、热等多种学科。在压差、轴向温差及径向温差工况下,分析光学窗口形变对某大口径、长焦距平行光管光学性能的影响,建立了光学窗口的有限元模型,与理论结果进行对比,验证了该有限元模型的有效性。以有限元分析得出的光学窗口变形数据为输入数据,带入改进了的Zernike多项式光机分析接口程序,获得了与像差对应的Zernike系数。用得到的Zernike系数表示光学窗口面型,以波像差作为光学系统成像质量评价指标,分析光学窗口变形对大口径、长焦距平行光管系统光学性能的影响。结果表明:光学窗口变形对平行光管系统光学性能的影响可以忽略不计。     

基于热光学分析的光学窗口玻璃厚度的优化

以热光学分析为基础,对复杂环境下光学窗口的玻璃厚度进行了优化设计。对光学窗口的强度及其所处的热环境进行了分析和仿真,计算出稳态的温度场,将温度场映射到结构模型中计算了光学窗口在力-热耦合情况下的光学玻璃的变形量,结合光学窗口的折射率梯度分析和玻璃面形变化进行热光学分析,计算出了直径是350mm的光学窗口在不同的玻璃厚度下光程的均方根(RMS)误差值,确定光学窗口的玻璃厚度为18mm。结果表明,光学窗口既能满足强度和可靠性要求,又能在有效通光口径内满足光学指标,为窗口的设计提供了依据。     

空间相机光学窗口的热光学评价

光学窗口是空间相机光学系统中直接暴露在轨道热真空环境中的光学元件，所处的热环境非常复杂，要产生温度梯度，从而对空间相机的成像质量和分辨率产生影响，文中结合工程实际，以光学波像差的基本理论为基础对空间相机光学窗口的非轴地称温度场进行了热光学评价，编程计算了空间相机光学窗口在一个轨道周期内各典型位置处的均方波像差，并把计算结果与美国“天空实验室”光学窗口的相应数据进行比较，以验证本文热光学分析的合理性     

多层电磁屏蔽的电磁拓扑图分析方法

 提出了一种用于多层电磁屏蔽条件下分析系统电子器件之间相互耦合的电磁拓扑模型。将该模型与求第k最短路算法结合,得出在不同频率范围下求从源点到终点屏蔽系数小于规定值路径的算法,得到需要改进的电磁耦合路径。该算法是通过对第k最短路算法修改而得到的,不需要求最小树和时间复杂度。仿真实验证明该算法是有效的,可以用于大型复杂电子系统耦合问题的分析。     

多层电磁屏蔽的电磁拓扑图分析方法

提出了一种用于多层电磁屏蔽条件下分析系统电子器件之间相互耦合的电磁拓扑模型。将该模型与求第k最短路算法结合,得出在不同频率范围下求从源点到终点屏蔽系数小于规定值路径的算法,得到需要改进的电磁耦合路径。该算法是通过对第k最短路算法修改而得到的,不需要求最小树和时间复杂度。仿真实验证明该算法是有效的,可以用于大型复杂电子系统耦合问题的分析。     

电缆电磁脉冲屏蔽效能的辐射法测量

分析了电缆电磁脉冲屏蔽效能传统测量方法的局限,提出了辐射法测量电缆电磁脉冲屏蔽效能的试验方法。该方法根据互易性原理,将屏蔽效能定义中的电缆耦合场测量转变成电缆辐射场测量。通过电缆屏蔽前后辐射场的测量,得到电缆的电磁脉冲屏蔽效能。以SYV50-5同轴电缆为对象,采用辐射法研究了其对电磁脉冲的屏蔽效能,试验取得了较理想的效果。由于互易性原理对介质空间除了线性没有特别的要求,对于传统方法很难处理的多芯电缆、双屏蔽电缆、特种电缆等的屏蔽效能测量,辐射法测量同样有效。通过改变传感器的类型测量辐射磁场,还可以得到电缆对磁场的屏蔽效能。     

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。     

内部窗口结构对开孔矩形腔体近场屏蔽效能的影响

针对开孔屏蔽腔体内置窗口的结构特点,采用扩展的传输线方法理论,建立了电偶极子天线照射下计算近场屏蔽效能的等效电路模型,推导了近似计算解析式,并计算分析了内部窗口结构对开孔腔体近场屏蔽效能的影响.结果表明:含内置窗口结构腔体的近场电场屏蔽效能小于远场屏蔽效能,腔体屏蔽效能随窗口宽度的减小而增大,电感窗口使得腔体谐振频率向上偏移,电容窗口使其谐振频率向下偏移.分析结果与CST仿真结果进行了对比,证实本文采用的等效电路方法是有效的.     

基于机器学习的开孔加载金属腔电磁屏蔽效能评估

利用全波分析方法计算了不同电路板加载、不同孔缝和尺寸的开孔金属腔在0!5GHz范围内的屏蔽效能(SE), 获得共计5250个样本。进而利用机器学习中的随机森林回归算法, 对其中4200个样本数据进行训练, 获得了可以根据开孔腔物理尺寸、加载物材料及电磁特性和位置、频率等共计16个输入参数快速评估开孔加载金属腔屏蔽效能的机器学习模型。利用其余的1050个样本进行模型验证, 结果表明该模型可以快速准确地计算加载腔的电磁屏蔽效能。该模型具有随时根据样本量增加不断训练提高其普适性的特点, 可为实际工程中加载开孔腔的屏蔽设计及SE评估提供高效途径。     

Resonance suppression and electromagnetic shielding effectiveness improvement of an apertured rectangular cavity by using wall losses

The cavity-mode resonance effect could result in significant degradation of the shielding effectiveness （SE） of a shielding enclosure around its resonance frequencies. In this paper, the influence of coated wall loss on the suppression of the resonance effect is investigated. For this purpose, an equivalent circuit model is employed to analyze the SE of an apertured rectangular cavity coated with an inside layer of resistive material. The model is developed by extending Robinson＇s equivalent circuit model through incorporating the effect of the wall loss into both the propagation constant and the characteristic impedance of the waveguide. Calculation results show that the wall loss could lead to great improvement on the SE for frequencies near the resonance but almost no effect on the SE for frequencies far away from the resonance.     

Preparation of graphene-glass fiber-resin composites and its electromagnetic shielding performance

The surface of the glass fiber (GF) was modified by silane coupling agent (KH550) and bovine serum albumin (BSA), and then the graphene oxide (GO) was coated onto the modified surface of the glass fiber. Followed by a reduction reaction, the reduced graphene oxide (RGO) coated on glass fiber was obtained. Finally, the reduced graphene oxide-glass fibers (RGO-GF) were combined with unsaturated resins. The interfacial morphology of reduced graphene oxide-glass fibers was investigated by scanning electron microscopy (SEM). The structure of the materials was analyzed by Fourier transform infrared spectroscopy (FT-IR). The crystal phases of the material were identified by X - ray diffraction (XRD). The mechanical properties and electromagnetic shielding effectiveness of the sample were tested. The results showed that the interface between glass fibers and graphene binds more closely after the glass fibers was treated by KH550. The tensile strength of the RGO-GF composites reached 85.05 MPa. Compared with the GF composites, it increased by 51.4% when the glass fibers content was 30%. The shielding effectiveness of the composites reached 21.3 dB at the frequency range of 8.2–12.4 GHz (x-band). Therefore, by coating the surface with reduced graphene oxide, the glass fibers can make a great shielding effect on the electromagnetic wave.     

平面波照射下无限大导体板上周期孔阵屏蔽效能的解析研究

本文针对平面电磁波对无限大导体平板上周期孔阵的透射问题,首先用Bethe小孔理论将孔阵表示成偶极子阵列,然后用平均化处理得到均匀的等效磁化/极化强度,进而引入等效面源导出透射电磁波表达式,最终给出了孔阵对平面电磁波屏蔽效能的解析公式.该公式分别针对横电和横磁两种极化方式,将屏蔽效能表示成孔阵周期面积、孔的极化系数、波长和入射角的简单函数,其计算结果与全波仿真结果一致性好.结果表明,透射场强的幅值与孔极化系数和波频率成正比,与周期面积成反比;在横电极化方式,波频率和周期面积不变的情况下,透射场强的幅值与入射角的余弦值成正比,入射角越大屏蔽效能越高;在横磁极化方式下,透射场强幅值与入射角的关系相对复杂,但在入射角较小时与入射角的余弦值近似成反比,总体上入射角越大屏蔽效果越低.     

电缆电磁脉冲屏蔽效能的辐射法测量

分析了电缆电磁脉冲屏蔽效能传统测量方法的局限,提出了辐射法测量电缆电磁脉冲屏蔽效能的试验方法。该方法根据互易性原理,将屏蔽效能定义中的电缆耦合场测量转变成电缆辐射场测量。通过电缆屏蔽前后辐射场的测量,得到电缆的电磁脉冲屏蔽效能。以SYV50-5同轴电缆为对象,采用辐射法研究了其对电磁脉冲的屏蔽效能,试验取得了较理想的效果。由于互易性原理对介质空间除了线性没有特别的要求,对于传统方法很难处理的多芯电缆、双屏蔽电缆、特种电缆等的屏蔽效能测量,辐射法测量同样有效。通过改变传感器的类型测量辐射磁场,还可以得到电缆对磁场的屏蔽效能。     

脉冲电场屏蔽效能测试系统及测试方法

自主研制了一套小型脉冲电场屏蔽效能测试系统,该系统由脉冲电场发射设备和脉冲电场测试设备构成。脉冲电场发射设备的天线口面前60 cm处可产生峰值达7.5 kV/m的脉冲电场,测试设备的动态测试范围达97 dB。系统采用光纤测量设备,在测量工作中能有效抑制强电磁场干扰。采用Matlab编写自动测量及数据处理程序,实现了数据采集与处理自动化。实验测量了金属桥架、控制柜、屏蔽帐篷、导电水泥混凝土房的脉冲电场屏蔽效能,其脉冲电场峰值衰减量分别为52,64,66,30 dB。实验表明可用脉冲电场的峰值衰减量来评估屏蔽体的脉冲电场屏蔽效能。