二阶阻抗边界条件下三维抛物方程的ADI方法研究

针对损耗地面Leontovich阻抗边界条件下,三维抛物方程CNFD方法计算效率与计算精度较低的不足,研究了二阶阻抗边界条件下三维抛物方程的ADI方法。采用ADI技术处理了二阶阻抗边界条件下的三维抛物方程,得到其差分格式;利用二阶阻抗边界条件下三维抛物方程计算了电波传播的算例。算例表明：相比Leontovich阻抗边界条件,二阶阻抗边界条件具有更广的适用范围和更高的计算精度;相比传统的CNFD方法,采用ADI技术处理三维抛物方程以及阻抗边界条件,能够在城市小区基站天线覆盖性能的模拟中极大地提高计算效率。     

森林环境电波传播抛物方程模型的改进研究

将森林看成空气和植物组成的混合物, 应用两相混合物折射模型求解了森林的等效介电常数, 通过与实验结果的对比, 验证了该模型的正确性. 将该森林介电常数求解方法引入到抛物方程的森林模型中, 改进了抛物方程的森林模型. 相对于传统的森林环境电波传播模型, 该模型能考虑森林各组成要素对电波传播的影响, 更适合于实际不同地区、不同种类植物分布的森林环境中电波传播特性的求解. 此外, 引入了非均匀网格技术, 有效提高了大区域森林环境中电波传播问题的求解效率.最后基于该模型仿真分析了森林的植物体积含量、重量含水量等要素对电波传播特性的影响. 关键词： 森林 抛物方程 非均匀网格 电波传播     

传输线充电技术实现高功率亚纳秒电磁脉冲调制

 分析比较了阻抗匹配和失配情况下传输线充电的原理和波过程。分析结果表明：失配情况下的最大优点是能够实现脉冲功率增益。应用阻抗为27 W、长度为540 mm传输线为充电传输线和长度分别为30,45,60 mm、阻抗均为5 W传输线为被充电传输线进行了对比试验。实验结果表明：在距离辐射天线6 m处，输出辐射场强随低阻抗传输线长度增加而略有增加，最大辐射场强为49 kV/m,考虑气体开关的实际能量损耗，这与理论分析的充电电压和功率增益关系相吻合；长度为45 mm的5 W被充电传输线的输出脉冲前沿约210 ps,幅度约为150 kV。     

Reliable approach for bistatic scattering of three-dimensional targets from underlying rough surface based on parabolic equation

A parabolic equation(PE) based method for analyzing composite scattering under an electromagnetic wave incidence at low grazing angle, which composes of three-dimensional(3-D) electrically large targets and rough surface, is presented and discussed. A superior high-order PE version is used to improve the accuracy at wider paraxial angles, and along with the alternating direction implicit(ADI) differential technique, the computational efficiency is further improved. The formula of bistatic normalized radar cross section is derived by definition and near-far field transformation. Numerical examples are given to show the validity and accuracy of the proposed approach, in which the results are compared with those of Kirchhoff approximation(KA) and moment of method(Mo M). Furthermore, the bistatic scattering properties of composite model in which the 3-D PEC targets on or above the two-dimensional Gaussian rough surfaces under the tapered wave incidence are analyzed.     

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。     

微波击穿中压强对电子弛豫过程的影响

通过联立电子密度和电子能量随时间的演化方程构建全局模型,对不同压强下高功率微波(HPM)脉冲氩气击穿及电子弛豫过程进行了研究。计算了不同压强下的氩气击穿阈值,其与粒子模拟蒙特卡罗碰撞(PIC/MCC)法预测的结果符合得很好。通过引入复合率和扩散率的经验表达式,得到了不同压强下,弛豫过程中电子密度和电子能量随时间的变化。结果表明,氩气击穿发生后,电子密度先经历短暂的增长后逐渐下降,且压强越高,电子密度的最高值越低。在电子弛豫过程中,随着压强的增加,电子密度下降得更慢,而电子能量减小得越快。     

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.     

等效电离参数对110GHz高功率微波放电离子体的影响

用流体模型研究110 GHz高功率微波气体击穿时,电离参数对放电等离子体结构具有重要的影响.将若干等效电离参数表达式引入流体模型,对110 GHz高功率微波诱使的空气击穿进行了数值模拟,发现由Morrow等人提出的表达式更加合理.基于Morrow等人报道的参数,发现在一个大气压下,放电等离子体在空间呈现离散分布,相邻等离子体细丝的间距约等于四分之一波长,等离子体前沿朝向微波源移动,其速度与实验符合得很好.     

110 GHz太赫兹波大气击穿阈值及最大传输能量密度

随着110 GHz高功率太赫兹波功率容量的提升,其引起的大气击穿问题越来越受到重视。将若干等效电离参数表达式引入到电子雪崩密度方程中,计算了不同压强下的大气击穿阈值。结果表明,由Ali等效电离参数得到的110 GHz击穿阈值与实验数据符合得很好。在此基础上,利用Ali等效电离参数对逃逸传输能量密度与太赫兹波振幅的关系进行了分析。结果表明,当太赫兹波振幅小于击穿阈值时,逃逸传输能量密度随功率密度的增加线性增加;当太赫兹波振幅大于击穿阈值时,逃逸传输能量密度随功率密度先减小后增大。