基于柱坐标系抛物方程和矩量法的电波传播混合算法

针对包含近源障碍物条件下的电波传播问题,提出了一种新颖的电波传播预测混合建模方法:矩量法(MOM)和圆柱坐标系抛物方程法(PEM)混合建模方法(MOM-PEM);MOM用于包含辐射源和近源障碍物的小圆柱区域内的电波传播建模,PEM用于MOM计算空间外的大区域范围内电波传播建模。MOM和PEM的计算过渡区域进行精细化网格剖分处理以避免场强数值传递的不兼容。仿真模拟了三类近源障碍物存在场景下的电波传播问题:有限开窗屏障碍物、立方体障碍物以及包含辐射源的半封闭空间障碍物,并将混合算法计算得到的结果和相同环境下采用全矩量法计算得到的结果进行了数值对比,结果表明混合算法和矩量法在精度上吻合较好。     

适用于隧道环境的二元相控阵天线系统

为了满足在隧道环境中实现高速率、高质量无线通信的迫切需求,研究了适用于隧道环境的高增益天线,提出了利用二元相控阵天线系统提高隧道内信号传输质量的新方法。相控阵天线系统由两个高增益天线单元及一个移相器组成,通过移相器调整其中一个天线单元的相位,使隧道内合成电场的最小值幅值达到最大,提升信号的平均场强。仿真结果表明:与单个天线发射信号相比,在3000 m隧道轴向传播范围内,相控阵天线系统发射信号合成电场的最低电平最少提升了19.6 dB;与两个天线同时发射信号相比,最低电平最少提升了12.4 dB,取得较好分集优化效果,消除多径效应导致的深度衰落,解决了隧道环境中存在的通信问题。     

线极化波和圆极化波与腔体的耦合比较

线极化波与腔体的耦舍效果受腔体上窄缝方向的影响很大,而圆极化波与腔体的耦合对窄缝方向的依赖比较小。利用时域有限差分法,采用相同振幅的线极化波和圆极化波入射,分别计算它们与开有单缝和T形缝隙的屏蔽腔体的孔缝耦合效应。比较两种极化形式的波入射时,耦合到腔体内部功率密度最大值随极化方向的变化关系,从而得出结论：同幅度的圆极化波比线极化波更容易耦合进入腔体,并不易受缝隙形状影响。     

新型径向三腔同轴虚阴极振荡器的模拟研究

 提出了一种新型的径向三腔同轴虚阴极振荡器,并对其进行了理论分析和数值模拟。这种虚阴极振荡器采用径向三腔结构,通过改变束-波互作用区的电场分布来提高电子束与TM₀₁模式的耦合效率,并通过采用准谐振腔的结构来进一步抑制模式竞争以获得较高的输出微波增益。同时采用能量同轴提取的方式进一步提高器件的功率和效率。粒子模拟结果表明,在二极管电压400 kV,束流50 kA的条件下,径向三腔同轴虚阴极振荡器在4.14 GHz处获得了平均功率约2.45 GW的微波输出,功率转换效率达到12％。输出微波模式纯度较高,频谱非常窄。     

GHz波段nH量级两种平面圆形螺旋电感性能比较

以硅衬底螺旋电感(SIOS)的紧凑集总模型为基础,借助任意三维无源器件全波电磁(EM)场仿真器HFSS(High Frequency Structure Simulator),对差分对称圆形、普通平面圆形两种螺旋电感进行了对比研究.结果表明:品质因数(QF)和3 dB带宽(BW)前者明显优于后者,电感值L后者明显优于后者,自激振荡频率(SRF)两者基本相当.采用文中参数,前者较后者QF提高146.1%,SRF提高31.9%,但后者L值能达到前者3倍以上.模拟结果与理论分析相吻合.     

基于MEI方法的贴体网格FDTD方法

利用Thompson变换在任意形状的散射体外部产生共形的外部计算网格,并使FDTD计算区域的截断边界与散射体边界形状完全一致,时域不变性测试方程(MEI)方法被作为该截断边界上的局域吸收边界条件,从而大大压缩了FDTD的计算空间.数值试验结果证实,该方法可在不降低计算精度的前提下减少计算机内存需求.     

Thompson-FDTD方法中的两步法

本文将流体力学领域的微分-Thompson变换与时域有限差分(FDTD)技术结合起来,所形成的Thompson-FDTD方法,首次用来计算和分析任意形状介质体的电磁散射特性。该方法至少具有两个明显的优点:可以把不规则形体变换成规则形体,有利于精确匹配边界条件;可以任意调配网格分布,有利于提高计算精度。其数值实现进一步证实了该方法能精确模拟任意形状介质目标的电磁散射过程。     

蒸发波导中的时间反演抛物方程定位法

蒸发波导是一种在海面上频繁出现的多径传播环境,会引起信号畸变,导致常规算法分辨率下降,使得雷达测向测距误差加大甚至无法工作.本文提出了一种基于方向图加载的时间反演抛物方程定位算法,能够有效地处理蒸发波导效应,自适应地补偿信号畸变,形成与传播环境相匹配的、经过时间反演的电波,从而稳健地实现对目标的聚焦定位.该算法能够巧妙地利用多径效应,增大天线阵列的有效口径,得到超分辨率的效果.另外,它还对阵元间距有着较高的宽容性,这样就可以采用稀布形式,从而提高算法的实用性,增加其适用范围.仿真结果表明,对于相同口径的阵列天线,该算法使方位分辨率较自由空间提高了2倍以上;在30λ的大阵元间距下,旁瓣电平在8.96 dB以下,有效地抑制了鬼像的产生.该算法具有较强的稳健性和较高的精度,在海面通信、搜救、预警等领域有着广阔的应用前景.     

Short-pulse high-power microwave breakdown at high pressures

The fluid model is proposed to investigate the gas breakdown driven by a short-pulse(such as a Gaussian pulse) highpower microwave at high pressures.However,the fluid model requires specification of the electron energy distribution function(EEDF);the common assumption of a Maxwellian EEDF can result in the inaccurate breakdown prediction when the electrons are not in equilibrium.We confirm that the influence of the incident pulse shape on the EEDF is tiny at high pressures by using the particle-in-cell Monte Carlo collision(PIC-MCC) model.As a result,the EEDF for a rectangular microwave pulse directly derived from the Boltzmann equation solver Bolsig+ is introduced into the fluid model for predicting the breakdown threshold of the non-rectangular pulse over a wide range of pressures,and the obtained results are very well matched with those of the PIC-MCC simulations.The time evolution of a non-rectangular pulse breakdown in gas,obtained by the fluid model with the EEDF from Bolsig+,is presented and analyzed at different pressures.In addition,the effect of the incident pulse shape on the gas breakdown is discussed.