建筑物对不同体制电磁脉冲时域响应数值分析

 针对一般建筑物内空间电场强度时域变化特点,采用时域有限差分方法,数值模拟单极性高斯脉冲、双极性微分高斯脉冲以及窄带调制方波脉冲平面波在建筑物内传播、反射及透射过程;并对比分析不同脉冲参数对空间场强最大值及分布的影响。在一定脉冲宽度的微分高斯脉冲激励下,建筑物空间内最大场强变化范围值较高,为3．０~5.5 dB,其空间场强增强分布区域较大,并随脉宽增加而减小,但脉冲的最小重复频率相对要求最高。相应脉宽的高斯脉冲造成空间最大场强及分布区域范围最小,而脉冲的最小重复频率所需最低。当载频为房间谐振频率的窄带脉冲入射下,空间最大场强变化范围值相对最高,空间场强增强区域总体趋势随脉冲载频频率单调增加。     

建筑物对微波脉冲响应仿真与实验

 建立了微波脉冲在建筑物内传播、反射及透射过程的3维仿真模型,提取了空间电场时域最大值进行统计分析。分析表明：不同入射角窄带调制方波脉冲激励下,场增强区域大小与微波通过窗户和门能直接照射到的区域大小呈正比,窗户的大小对建筑物内空间场强增强区域的大小有显著影响;同时在微波脉冲的传播方向上,窗沿后的区域场强幅值明显减小;脉冲宽度对建筑物内空间场强增强区域的大小及空间场强最大值影响很小;无上升下降沿的窄带调制方波脉冲激励下,空间电场叠加增强效应更强。测量了微波脉冲辐照下,建筑物内空间功率密度分布,验证了仿真结果。     

高功率微波对建筑物内计算机作用效果评估方法

提出了一种评估高功率微波对建筑物内计算机作用效果的方法。建立建筑物的电磁计算模型,利用时域有限差分法对高功率微波进入建筑物的过程进行数值模拟,求出计算机所在高度面上的时域最大场强,定义大于效应阈值区域的面积与建筑物总面积的比例为有效面积比,高功率微波对建筑物内计算机的作用比例即等于有效面积比。并开展实验对此方法的有效性进行验证,估计的计算机效应比例和实验结果相差20%以内。改变入射场强,得到计算机效应比例与入射场强的关系,与理论分析结果一致。     

非线性左右手媒质界面的Goos-H(a)nchen位移

由均匀平面电磁波在左右手媒质界面满足的切向边界条件出发,推导了电磁波由线性传统媒质入射到非线性左手媒质时波的传播特性.利用时间延迟的方法,给出全反射情况下媒质界面非线性Goos-Hǎnchen位移表达式.分析了非线性左手媒质界面的侧向位移随入射角及入射波电场强度的变化关系,发现入射波场强对传输特性起决定作用:当入射波电场小于临界场强时,调节入射场强可以控制相应的侧向位移;当入射波电场大于临界场强时,不再满足全反射条件,部分入射波透射到非线性介质中.波导中加入非线性介质不仅可以调节侧向位移的大小,且可以实现对入射波场强的控制.     

非线性左右手媒质界面的Goos-Hänchen位移

 由均匀平面电磁波在左右手媒质界面满足的切向边界条件出发,推导了电磁波由线性传统媒质入射到非线性左手媒质时波的传播特性。利用时间延迟的方法,给出全反射情况下媒质界面非线性Goos-Hänchen位移表达式。分析了非线性左手媒质界面的侧向位移随入射角及入射波电场强度的变化关系,发现入射波场强对传输特性起决定作用:当入射波电场小于临界场强时,调节入射场强可以控制相应的侧向位移;当入射波电场大于临界场强时,不再满足全反射条件,部分入射波透射到非线性介质中。波导中加入非线性介质不仅可以调节侧向位移的大小,且可以实现对入射波场强的控制。     

电子波经Mollenstedt双棱镜的传输

本文引入Mollenstedt双棱镜对电子波的传递函数,由Kirchhoff积分定理,推导出经双棱镜后电子波在观察平面上的场强分布。对平面波和球面波入射的情况,给出了场强分布的解析表达式,最后给出衍射场强分布的一些数值结果,讨论了场强分布与实验参量的关系。     

电磁波在有缺陷介质中的传播特性

本文以麦克斯韦方程组为基础研究了电磁波在具有缺陷的材料中的传播特性.采用时域有限差分法数值计算了电磁波在具有表面和亚表面缺陷的材料内部传递时电场强度的空间分布.计算结果表明,材料表面、亚表面缺陷扰乱了瞬态电场的均匀分布,导致材料内部某些位置的电场强度成倍增大,从而成为材料热学、力学性质变化的"诱点".文中利用光学知识讨论了缺陷对电磁波调制作用的物理本质.     

一种S波段超宽带能量选择表面设计

设计了一种工作在S波段的能量选择表面,可实现超宽带自适应强电磁防护。该结构由两层金属周期结构组成,顶层为两个对称分布的金属条和一个金属片,金属条与金属片间加载两个PIN二极管;底层为十字架结构。当入射电磁波场强低于阈值时,能量选择表面工作在透波状态,电磁波可以传播;当入射电磁波场强超过阈值时,金属条和金属片之间产生的感应电压使得PIN二极管导通,此时能量选择表面进入防护状态,电磁波被屏蔽。通过对能量选择表面在PIN二极管导通和截止状态下的表面电流和电场分布以及等效电路模型进行分析,解释了该结构的工作原理。采用PCB制作工艺加工了实物样板并对弱场入射下的插入损耗以及强场入射下的防护效能进行测试。实验和仿真结果匹配性良好,表明该能量选择表面在透波状态下的工作中心频率为2.7 GHz,插入损耗小于1 dB的工作频带为2.2～3.5 GHz;在防护状态下,工作频带的防护效能大于10 dB,达到了超宽带的要求。     

等离子体的SO-FDTD算法和对电磁波反射系数的计算分析

将一类色散介质的介电常数写成有理分式函数形式，进而导出FDTD中电位移矢量D和电场强度E之间的关系，形成SO-FDTD方法. 应用该方法计算了冷等离子体平板对电磁波的反射系数，通过与解析结果的比较，验证了该算法的高效性和高精度，同时，应用SO-FDTD方法，计算了等离子体层对垂直入射电磁波的反射系数，结果表明：等离子体厚度、电子密度、电子密度的分布形式和入射波频率是影响反射系数的重要因素. 关键词： 等离子体 电磁波 FDTD方法     

电磁辐射作用于计算机主板的模拟及效应评估

 提出了一种电磁辐射（EMR）效应评估的方法：通过区域分解并且引入子域敏感因子，采用电场强度的加权平均作为EMR效应评估的参考指标。以一款普通计算机主板作为研究对象，使用时域有限差分法（FDTD）进行模拟计算，得到了EMR作用下计算机主板耦合的电磁场分布。基于该效应评估方法，比较了3~12 GHz 的平面电磁波在0°~90°入射时对计算机主板的效应。数值模拟结果表明：随着平面电磁波入射角度的增加，EMR对计算机主板的影响趋于减弱；EMR频率的变化对效应没有显著影响。当EMR入射角度为40°时，最高主板表面耦合的电场强度达到最大值；0°入射时，主板上平均电场强度达到最大值；随着入射EMR频率的升高，主板表面的最大电场强度趋于减弱。     

Extension of planar nearfield acoustic holography for sound source identification in a noisy environment

Planar nearfield acoustic holography (NAH) is extended to identify the sound source in a noisy environment. The extended method requires the knowledge of the pressures on two closely spaced parallel hologram planes and the plane wave reflection coefficient on the target source surface. First, the incoming field coming from the back side of the microphone array and the scattered field due to the incoming wave falling on the target source are correlated through the plane wave reflection coefficient on the target source surface. Then, the mixed field on the hologram plane can be represented by the field that would be radiated by the target source into free space and the incoming field. Finally, the field that would be radiated by the target source into free space can be extracted by using the pressures measured on two hologram planes, which will be further used to accurately identify the sound source via planar NAH. The validity of the proposed method is demonstrated by simulations and experiment, and the influence of the relative strength of the disturbing source to the target source is also investigated.     

水下目标对幅度高斯相关海面环境噪声场扰动特性的研究

理论探讨了水下目标受海面环境噪声场激发产生的散射场对海洋环境噪声场的扰动特性,基于幅度高斯型相关海面噪声源模型,利用任意声源分布声场的积分表达式和单极子源半无限空间格林函数的球面波展开式,获得了刚性球目标在海面单极子和偶极子源海洋环境噪声“照射”下的直达噪声场、散射噪声场、总噪声场,以及二接收点直达、散射和总噪声协方差的理论表达式,表明总噪声场除了和目标阻抗特性、接收点的方向有关外,还受到海面噪声源相关特性,以及直达与散射噪声场之间干涉的较大影响。数值计算结果给出较近距离范围内,刚球目标声学可见度约为4~5dB,并指出在海洋环境噪声场中,刚球目标散射的方向特性明显不同于平面波入射。      

Transmission of a spherical sound wave through a single-leaf wall: Mass law for spherical wave incidence

This paper examines the sound insulation of a single-leaf wall driven by a spherical wave. The transmitted sound field of an infinite elastic plate under a spherical wave incidence is theoretically analyzed and insulation mechanisms are considered. The displacement of the plate is formulated using the Hankel transform in wavenumber space and the transmitted sound pressure in the far-field is obtained by Rayleigh’s formula in an explicit closed form. Moreover, a reduction index is also derived in a closed form by introducing an approximation into the vibration characteristics of the plate. Deterioration of the insulation performance under the spherical wave incidence is caused by an apparent decrease of wall impedance that depends on the directivity of the transmitted sound wave. The mass law for a spherical wave incidence is different from that for a normal plane wave incidence: doubling the weight of the wall or the frequency gives an increase of 3 dB (c.f. 6 dB for a normal plane wave incidence), which is also smaller than the field incidence mass law.     

Theoretical Analysis of the Biological Thermal Effect of Millimeter Waves in Layered-Dielectric-Slabs

The theory is presented for one method of determining the biological thermal effect of millimeter waves in microwave radiometry. It has been studied theoretically that millimeter waves propagation and absorption in a human body. The model is a plane straticulate homogeneous slab of tissues under the irradiance of normal incidence plane wave. It has been discussed by obtaining the electromagnetic field, absorbent power, specific absorption rate, temperature field and their distributions in the human trunk model. Also, the principle of thermal therapeutics of millimeter waves to cancer has been discussed preliminarily.     

空间放电辐射脉冲的探测与定位

提出一种基于辐射场窄带测试的空间放电辐射信号探测系统,系统主要由8路定向性天线阵、高增益接收前端以及数据处理单元构成。基于该探测系统建立了空间平面4元阵列定位模型,研究了空间放电辐射源位置快速搜索算法,并对定位精度进行了试验验证。实验结果表明,该系统能对1km以内的空间放电辐射源进行探测,阵元尺寸为10m的空间平面4元阵列的距离定位误差小于2.5%。该探测定位系统可以用于复杂电磁环境下空间放电源位置的确定。     

Coherent photogalvanic valley Hall effect

The theory of the coherent photogalvanic valley Hall effect in two-dimensional systems with the Dirac spectrum of charge carriers is formulated. The study deals with a two-dimensional sample irradiated by two electromagnetic waves, at the fundamental and doubled frequencies. Both frequencies exceed the band gap of the material, whereas the wave with the fundamental frequency having circular polarization and a high intensity is taken into account in a nonperturbative manner. The wave at the doubled frequency is linearly polarized and the electrical conductivity of the two-dimensional system is calculated with respect to it. The effect under study manifests itself as the dc Hall current in the direction orthogonal to the electric field of the weak electromagnetic wave. It is assumed that, in equilibrium, the sample is in the insulating state with the completely occupied valence band and empty conduction band. The strong electromagnetic wave induces a nonequilibrium filling of the bands and the system passes to a strongly nonequilibrium steady state. The behavior of the Hall current in the case of nonequilibrium distribution functions is analyzed both including and disregarding the intraband relaxation and interband recombination.     

Mutual rectification of alternating currents in graphene in the field of two electromagnetic waves

For graphene placed in a dc magnetic field and exposed to two electromagnetic waves of the same polarization but different frequencies, an expression for the direct current density in a direction perpendicular to the polarization plane of the waves is derived. The direct current component is nonzero for the wave frequency ratio equal to two; it is proportional to the magnetic field strength, the electric field strength of the higher-frequency wave, and the squared electric field strength of the lower-frequency wave. The physical mechanism of the current generation is similar to the Hall effect.     

电磁波在非均匀磁化的等离子体鞘套中传输特性研究

采用流场模拟软件模拟了十一组分RAM-II飞行器表面等离子体鞘套的分布,提取了四个典型飞行高度、飞行状态下的等离子体鞘套的分布信息.然后根据RAM-II飞行器等离子体鞘套数据,利用计算色散介质的Z变换FDTD方法主要计算了电磁波在四个不同高度处等离子体鞘套中的功率反射系数和功率透射系数.此外,根据目前可以做出的磁场强度的大小,对四个不同高度下的非均匀等离子体鞘套层按距飞行器表面的距离进行相应的非均匀磁化.由于左旋极化波和右旋极化波在磁化等离子体中的传输特性不同,最后对比了左旋极化波、右旋极化波在非磁化和磁化情况下的传输特性,对飞行器导航通信磁窗天线的设计给出建议.     

地面附近的高空核爆电磁脉冲环境

 主要研究在高空核爆的双指数类型电磁脉冲平面波入射时，地面附近的电磁脉冲环境。计算给出了在不同入射波状态，不同地表介质电气特性和距地面不同高度等条件下的电磁脉冲环境参数，归纳了一些规律性认识。结果显示：地面附近的电场会随距地面高度的不同而发生显著的变化，对于水平场分量，其反射场总是试图抵消入射场，而对于垂直场分量，其反射场叠加在入射场上，使得地面附近的垂直场强幅值一般大于入射波场强幅值；当入射波仰角增大时，合成电场波形的脉冲宽度会变宽；地表介质的电气特性参数不同也会对地面附近电场的波形和幅值造成一定的影响。