基于数字地图的二维电波传播问题仿真

为快速预测二维地理环境下的电磁环境特性,应用二维抛物方程模型对电磁环境进行仿真。为了得到真实有效的地形数据,研究了从GeoTiff中抽取网格点上地理信息的方法,并利用双线性插值法计算了任意位置处的高程值。同时研究了地球表面两点之间计算距离的方法,将该方法的计算结果与GIS软件结果进行对比,验证了该方法的可靠性。在标准大气环境下,利用二维抛物方程模型仿真分析了不同距离处不同高度的电波传播传播因子的变化情况,为预测真实地理环境中的电波传播特性提供了一种有效的方法。     

复杂地理环境的图像分割及电波传播特性

复杂地理环境是电波传播不可避免的传播环境,不仅不规则地形会对电波传播产生影响,不同的地表媒质对电波传播也会产生不同的影响。为了使得电波传播特性的预测结果更加地准确有效,通过图像分割算法实现地表环境的简单分类,同时对不同的媒质赋予不同的电磁参数,并结合数字高程模型（DEM)数据,实现了既具有地形起伏信息又具有地表电磁环境参数的复杂地理环境建模。在此基础上,对地表电磁环境信息做了网格剖分处理,利用抛物方程（PE）模型对复杂地理环境下的电波传播特性进行了预测。     

基于抛物方程的海陆环境信号时延与到达角估计

针对复杂海陆环境中的无线信号传播预测问题,研究了适用于抛物方程的信号时延与到达角估计方法。将自由空间中抛物方程轴向波前信号视为本地副本信号,然后利用信号的自相关特性,将接收信号与副本信号进行互相关运算,最后通过相关函数的峰值检索,得到脉冲信号在复杂环境中传播的附加时延。采用数值算例,验证了该方法的正确性和有效性。此外,采用多重信号分类算法,由抛物方程构建接收阵列的协方差矩阵,并对其进行特征值分解,然后利用信号子空间和噪声子空间的正交性,实现复杂环境中的信号到达角估计。仿真结果表明,相比于传统的平面波谱方法,该方法具有更高的多径分辨率。基于上述方法,并结合数字地图,在典型的海陆环境中进行了仿真实验,分析了蒸发波导对脉冲信号传播时延和到达角的影响。     

同轴虚阴极振荡器实验研究

介绍了中国工程物理研究院应用电子学研究所关于同轴虚阴极振荡器实验的最新进展。实验结果表明,带阳极反射板结构的同轴虚阴极振荡器比不带阳极反射板结构的同轴虚阴极振荡器输出微波功率更高,频谱更纯。在二极管电压350 kV,电流23 kA条件下,输出微波峰值功率500 MW,能量转换效率约6.2%,工作频率为3.3 GHz。对实验结果进行了理论分析。     

双向抛物方程的并行方法研究

提出了基于OpenMP(Open Multi Processing)的双向抛物方程并行方法,可快速求解多障碍物环境中的电波传播问题.分别以双刃峰环境和十五刃峰环境为例,验证了并行双向抛物方程的正确性和高效性.计算结果表明：在具有16个计算核心的计算机上,采用并行方法后,双向抛物方程的计算速度提升了8.8倍,有效地提高了仿真效率;最后,采用并行双向抛物方程模拟了实际地形中全球移动通信系统GSM(Global System for Mobile Communication)基站天线的电磁覆盖特性,数值结果表明该方法具有很好的加速效果.     

基于吸聚一体的低散射传输型透镜设计

通过传输型超表面透镜与电路模拟雷达波吸收器的集成设计,提出了一种兼具透射波前变换与带外雷达散射截面减缩特性的微波复合材料设计方法。透镜采用亚波长分布的周期性单元,由梯度相位补偿对透射波进行调节,进而获得平面波前与球面波前之间的互易变换。并且,使用透镜在波前变换频带以外低频端的反射特征,结合单个有耗层设计,构造了电路模拟吸波器。选用一副缝隙耦合馈电的微带贴片天线单元作为初级馈源天线,观察到复合材料的波前变换特性可在宽频带范围内产生主瓣增益增强效果。与透镜相比,电路模拟吸波器的引入使得复合材料针对TE与TM极化分别可在130.68%与155.11%的频率范围内获得雷达散射截面减缩效果。通过全波模拟和实验测量,验证了辐射增益增强与雷达散射截面减缩效果,表明了复合材料吸聚一体设计的有效性。     

基于介质谐振器的薄导电板侧向回射增强设计

该文提出了基于无源介质谐振器腔内磁偶极子谐振的准超方向性再辐射,旨在增强薄导电板受到平面电磁波侧向照射时的后向散射截面。在平面电磁波激励下,设计适当的长方介质体中可诱导产生具有磁偶极子再辐射特征的混合电磁谐振模式。以长方介质体为基本谐振单元,将两个相同的介质体沿入射波传播方向紧密级联以组成一个超单元。超单元的两个介质体中的磁场强度与电场强度矢量均呈现相反的方向且相近的幅度,接近等幅而反相的内部场分布使超单元类似一个二元准超方向性磁偶极子阵列,由此产生的准超方向性再辐射有效地贡献于后向散射截面增强。进一步,由镜像原理,将超单元剖面厚度减半并加载于薄导电板表面。结果表明,剖面厚度仅为0.078λ₀的介质谐振器形成基于磁偶极子的准超方向性再辐射,在谐振频率处可显著修改薄导电板的侧向回射特性,进而在相对宽带宽角范围内对侧向入射波实现有效的后向散射截面增强。     

系统级封装新型埋入式电源滤波结构的研究

在高密度小尺寸的系统级封装(SiP)中,对供电系统的完整性要求越来越高,多芯片共用一个电源网路所产生的电压抖动除了会影响到芯片的正常工作,还会通过供电网路干扰到临近电路和其他敏感电路,导致芯片误动作,以及信号完整性和其他电磁干扰问题.这种电压抖动所占频带相当宽,几百MHz到几个GHz的中频电源噪声普通方法很难去除.结合埋入式电容和电源分割方法的特点,提出一种新型高性能埋入式电源低通滤波结构直接替代电源/地平面.研究表明,在0.65～4GHz的频带内隔离深度可达-40～75 dB,电源阻抗均在0.25ohm以下,实现了宽频高隔离度的高性能滤波作用.分别用电磁场和广义传输线两种仿真器模拟,高频等效电路模型分析这种低通滤波器的工作原理以及结构对隔离性能的影响,并进行了实验验证.     

时域有限元运算提速的一种新方法

提出一种全新的时域有限元运算加速方法--应用图形处理器(GPU)实现对时域有限元运算的提速.在GPU上通过OpenGL编程完成时域有限元运算,从而利用GPU的并行处理功能达到提高运算速度的目的.文中介绍了编程实现过程,并分析讨论了GPU提速过程中处理数据量不同具有不同表现的现象,进而得出随着处理数据量的增加,GPU相对于CPU的处理速度将会更快.文中以时域有限元的辐射算例验证了该算法的正确性和有效性,为时域有限元运算提速提供了一条有效途径.     

FDTD求解高功率微波大气传播问题的可行性研究

提出了应用时域有限差分(FDTD)方法对高功率微波(HPM)大气传播模型进行数值模拟。HPM大气传播模型是由Maxwell方程组和电子磁流体方程共同描述的。利用FDTD的特点,在适当的时间和空间位置对该方程组进行中心差分,获得其显式差分格式。并结合流体力学有限元分析中的边界处理方法,建立了一套全新、高效的求解HPM大气传播的数值方法,其计算量仅与空间网格步数相当,在普通PC机上就能完成相应计算。计算结果验证了该方法的合理性和正确性。