Absorption and generation of electromagnetic waves by structural inhomogeneities of solid

The integrability conditions of the electromagnetic field equations in a continuum with defects and their wave solutions are found. The following dislocation effects on the electromagnetic wave propagation in a continuous medium are investigated: the change in the direction of the electromagnetic wave propagation in a continuous medium; the rotation of the polarization plane of electromagnetic field wave in a continuous medium; the excitation of longitudinal components of the electromagnetic wave in a continuous medium and the change in the electromagnetic wave intensity related to this phenomenon. The energy balance equation for the electromagnetic field in a continuum with a stationary distribution of dislocation is found and it is shown that an electromagnetic wave excites exciton modes localized at dislocations in the solid.     

基于变换光学的椭圆形透明聚集器的设计研究

基于麦克斯韦方程组在不同坐标系下具有形式不变性以及变换光学理论, 通过设计材料的本构参数(介电常数和磁导率)来引导电磁波的传播, 提出了具有电磁透明和电磁聚集两种功能的新型电磁器件-椭圆形透明聚集器的设计方法. 电磁波透明体不会阻挡电磁波的传播并且能够与斗篷内部进行交互; 电磁波聚集器是当电磁波入射到该装置上时, 电磁波能够被设计的装置按照要求集中到一个区域或者一个点, 实现电磁波能量的集中. 本文利用压缩变换和扩展变换推导出了这种电磁器件中各层的相对介电常数和相对磁导率的张量表达式, 并利用基于有限元算法的电磁仿真软件对该电磁器件进行了全波仿真验证, 得到了入射波从各个不同方向入射时磁场z 分量的分布图, 仿真结果证实了该设计方法和电磁参数的正确性. 最后还讨论了电磁器件存在损耗时的情况, 当损耗逐渐增大时, 器件的功能在一定程度上受到了削弱. 本文的设计方法为其他新型电磁器件的设计提供了一种新的思路.     

声诱导电磁场的赫兹矢量表示与多极声电测井模拟

在假设声场不受电磁场影响的前提下，将Pride声电耦合方程组化为具有电流源的麦克斯韦方程组.与空间位置固定的电流源产生的电磁场不同，孔隙地层中声波诱导的电磁场是由空间波动的电流源产生的.通过引入赫兹矢量，将求解麦克斯韦方程组问题转化为求解关于赫兹矢量的非齐次矢量赫姆霍兹方程组.通过求解该方程组，得出电磁场表达式.利用此方法，针对声电效应测井，分别计算了由单极声源、偶极声源、四极声源激发的井内声场及其诱导电磁场的全波波形. 关键词： 孔隙介质 诱导电磁场 测井 多极声源     

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。     

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。     

左手介质中电磁波的传播速度

在同向介质中,电磁波的群速度一般是能量传播的方向,并且电磁波的相速度和群速度在大部分情况下都满足瑞利关系.为了研究左手介质的电磁特性,本文从理论上导出了左手介质中电磁波的相速度、群速度及其关系,得出左手介质中电磁波的群速度为负,并介绍了左手介质的一些应用前景.     

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。     

Superluminal,advanced and retarded propagation of electromagnetic potentials in quantum mechanics

In some gauges part of the classical electromagnetic potentials can propagate faster than the speed of light. In other gauges part of the electromagnetic potentials can be advanced, even though the electromagnetic field is retarded. If the conventional interaction between electromagnetic radiation and quantum mechanical charged particles, which involves the vector and scalar potentials, is used, an atom has a nonzero probability of being excited before the electromagnetic field arrives. If part of the potentials are advanced, the atom could even be excited before the sources are turned on. These spurious effects, which are gauge dependent and violate energy conservation, relativity, and causality, are due to use the conventional (gauge-dependent) interaction. When the interaction of the electromagnetic radiation and matter is treated in a manifestly gauge-invariant way, the atom is not excited before the electromagnetic field arrives, regardless of which gauge is used.     

CPML在空中核爆电磁脉冲三维数值模拟中的应用

在分析不同类型完全匹配层(PML,perfectl ymatched layer)特点的基础上,选用了卷积形式PML(CPML,convolutional perfectly matched layer)截断空中核爆电磁脉冲(NEMP,nuclear electromagnetic pulse)数值模拟的开放边界.从自由空间中电磁波的平面波解和分裂形式的PML出发,构造了未分裂形式的PML,应用付里叶变换的卷积定理,推导出三维旋转椭球-双曲正交坐标系下CPML介质中电磁场的迭代形式的离散方程.获得了很好的截断效果,展示了CPML在NEMP数值模拟中的应用前景.     

The scale-transformation of electromagnetic theory and its applications

The scale-transformation of electromagnetic theory is investigated in detail based on the form of Maxwell equations in scale-transformation being unchanged in different coordinate systems. The relations of electromagnetic parameters in a rectangular coordinate system and in a spherical coordinate system are presented respectively. The scale-transformation invariants for electromagnetic field are derived and their physical meaning is also presented. It is indicated by simulation that the electromagnetic waves located in medium can be considered to be isotropic due to the fact that the size of propagating vector affected by the scale factors and observing azimuth is on a size of 10^-9, which provides a new approach for investigating the electromagnetic characteristics of ellipsoidal targets.     

MNZ超材料的电磁特性

主要围绕磁导率接近0的MNZ超材料,通过理论分析和数值模拟方法对MNZ材料的电磁特性进行了研究。针对线源置于二维MNZ材料内部的情况,通过理论详细分析了在MNZ材料和空气交界处的阻抗匹配特性和传播常数的连续性,基于有限元数值方法模拟验证了电磁场在MNZ材料边界处的等幅同相特性,从而实现了均匀平面波的传播特性。同时,考虑到将线源置于空气中有助于辐射出电磁能量,通过数值模拟分析了电磁波由空气入射到MNZ材料的电磁特性,发现在特定极化条件下,只能当电磁波波前与MNZ材料边界平行时,才能较好地实现阻抗匹配,从而基于MNZ材料实现新颖的辐射特性。     

电控单元强电磁安全威胁分析及电源防护研究

强电磁脉冲通过场线耦合的方式,对车辆电子控制系统造成了严重的电磁安全威胁,影响车辆机动性能的发挥。基于典型车辆平台,分析了电控单元在强电磁脉冲环境下的效应机理,开展了整车平台的宽带强电磁脉冲辐照试验,分析了车辆平台发动机系统运行状态与电控单元电源线上耦合脉冲电压之间的关系。试验结果表明宽带电磁脉冲通过电源线缆对车辆电控单元造成干扰效应,导致发动机熄火。根据分析结果,对电控单元直流电源进行了多级防护电路设计,通过切断电磁脉冲能量传输路径的方式实现电磁安全防护,并验证了防护电路的有效性。     

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。     

Prediction and experimental measurement of the electromagnetic thrust generated by a microwave thruster system

A microwave thruster system that can convert microwave power directly to thrust without a gas propellant is developed. In the system, a cylindrical tapered resonance cavity and a magnetron microwave source are used respectively as the thruster cavity and the energy source to generate the electromagnetic wave. The wave is radiated into and then reflected from the cavity to form a pure standing wave with non-uniform electromagnetic pressure distribution. Consequently, a net electromagnetic thrust exerted on the axis of the thruster cavity appears, which is demonstrated through theoretical calculation based on the electromagnetic theory. The net electromagnetic thrust is also experimentally measured in the range from 70 mN to 720 mN when the microwave output power is from 80 W to 2500 W.     

斜向通道雷电电磁场远场近似特性

为了使雷电电磁场的计算更加接近实际情况,并对远场区雷电电磁脉冲场进行模拟,利用偶极子理论对斜向放电通道雷电电磁场解析表达式进行了求解,用解析方法对地表雷电电磁场及其导数在远场区的一阶、二阶近似表达式进行了推导,得到了电磁场及其导数与通道底部电流及其导数的远场近似关系。采用脉冲函数表示通道基电流,对比了精确表达式与近似表达式计算的电磁场及其导数波形。结果表明在远场区,斜向通道雷电电磁场波形与其近似波形的偏差、电磁场导数波形与其近似导数波形之间的偏差均随着距离的增加而减小,且电磁场导数近似公式要比电磁场近似公式适用范围更加广泛。计算结果验证了解析推导近似的可行性。     

斜向通道雷电电磁场远场近似特性

为了使雷电电磁场的计算更加接近实际情况,并对远场区雷电电磁脉冲场进行模拟,利用偶极子理论对斜向放电通道雷电电磁场解析表达式进行了求解,用解析方法对地表雷电电磁场及其导数在远场区的一阶、二阶近似表达式进行了推导,得到了电磁场及其导数与通道底部电流及其导数的远场近似关系。采用脉冲函数表示通道基电流,对比了精确表达式与近似表达式计算的电磁场及其导数波形。结果表明在远场区,斜向通道雷电电磁场波形与其近似波形的偏差、电磁场导数波形与其近似导数波形之间的偏差均随着距离的增加而减小,且电磁场导数近似公式要比电磁场近似公式适用范围更加广泛。计算结果验证了解析推导近似的可行性。     

Superheterodyne Amplification of Sub Millimeter Electromagnetic Waves in an n-GaAs Film

The superheterodyne amplification of sub-millimeter electromagnetic waves in GasAs due to negative differential mobility is analyzed. The nonlinearity arises from the current and the magnetic field of the electromagnetic waves. The case of interaction of two traveling counter propagating electromagnetic waves and the following space charge wave in an n-GaAs film, placed onto i-GaAs substrate, is considered, under a 2D electron gas model. The simulation of this nonlinear interaction shows a certain amplification of the sub-millimeter electromagnetic wave.     

无人机收发信机快沿电磁脉冲效应研究

为了探究快沿电磁脉冲(FRTEMP)对无人机收发信机的损伤效应,以某型无人机收发信机为研究对象,通过快沿双指数脉冲Marx源与GTEM室模拟产生快沿电磁脉冲对收发信机进行辐照实验。以收发信机是否损坏无法工作为收发信机是否受到电磁脉冲损伤的判别依据,同时进一步检测收发信机内部电路具体损坏器件。实验结果表明,快沿电磁脉冲能够造成无人机收发信机损坏,得到了导致无人机收发信机损坏的快沿电磁脉冲场强阈值。对损坏的无人机收发信机进行机理分析和检测,结果表明,本振电路损坏导致收发信机无法输出工作信号,而锁相环是导致本振无法工作的的关键原因,通过定位到具体受损器件可以进行进一步脉冲防护工作以及为易损器件加装防护提供基础。     

Turbulence-induced changes in degree of polarization, degree of coherence and spectrum of partially coherent electromagnetic beams

Based on a recently formulated unified theory of coherence and polarization, a method is described to study turbulence-induced changes in the polarization, the coherence and the spectrum of partially coherent electromagnetic beams on propagation. The electromagnetic Gaussian Schell-model beam is taken as a typical example of partially coherent electromagnetic beams, and the closed-form expressions for the degree of polarization, the degree of coherence and the spectrum of electromagnetic Gaussian Schell-model beams propagating through atmospheric turbulence are derived in the quadratic approximation of Rytov's phase structure function. Some interesting results are obtained, which are illustrated by numerical examples and are explained in physics.