基于Verilog-A模型的同轴电缆X射线响应电路仿真

针对核爆炸对电子系统中同轴电缆产生的系统电磁脉冲效应数值计算效率低的问题,分析了同轴电缆的在核爆脉冲X射线辐照下的电学行为,建立了同轴电缆的Verilog-A等效模型,并以SPICE模型为基础构建了核爆环境下同轴电缆系统电磁脉冲效应的电路计算模型,该电路模型与传统数值模型相比,计算速率显著提高,同时该模型还可扩展用于同轴电缆两端连接半导体器件及功能电路的电子系统仿真。     

传输线方程的高精度龙格−库塔数值求解方法

提出了一种求解传输线方程的高精度龙格-库塔(RK)方法。此方法在空间上采取高阶泰勒展开,提高了对空间微分的近似精度,减少了数值色散所带来的误差。与传统的时域有限差分法(FDTD)方法相比,在每波长采样数相同时,RK方法的计算精度更高。同时,根据Taylor模型,对外界平面波激励源进行离散,成功利用RK方法对外部场激励传输线进行求解,扩大了龙格-库塔方法在求解传输线方程时的应用范围。通过编程对平面波辐照下无限大地平面上的单导体与双导体的算例分别应用FDTD方法与RK方法进行了计算,验证了RK方法的正确性。结果表明同等计算条件下RK方法的计算精度更高。     

电场极化方向对自由空间电场测量的影响

介绍了自主研制的脉冲电场原始波形测量系统的模块组成与基本工作原理。针对在未知被测电场方向及复杂的电场环境下垂直干扰电场对自由空间电场测量产生的影响,通过建立自由空间电场测量系统前端的简化模型,对不同尺寸天线与屏蔽盒进行仿真计算。仿真计算结果与理论分析基本一致,结果表明:干扰电场响应信号与待测电场响应信号相差2个数量级以上,干扰电场的影响可忽略不计。     

基于原始波形测量的脉冲电场探测器

介绍了脉冲电场微分测量和原始波形测量的基本原理,设计研制了一系列不同灵敏度的脉冲电场原始波形测量系统,分析了脉冲电场探测器的理论修正模型。该测量系统主要包括天线模块、积分器模块、放大和驱动模块以及光电传输模块,利用同轴型TEM小室对测量系统进行了时域标定。结果表明:测量系统的前沿响应时间小于1.0 ns,系统输出脉冲平顶在10.0μs内下降不超过5%,测量系统输出幅度与电场强度在20 dB的动态范围内呈线性关系,该系列探测器可以用来测量最小10 V/m、最大100 kV/m的电场强度,满足高空电磁脉冲标准环境的测量要求。     

地面铺设缆线的高空电磁脉冲响应研究

 利用时域多分辨分析方法,对地面铺设缆线屏蔽层感生电流的规律进行了研究。给出了屏蔽层感生电流与缆线距离地面的高度、缆线的长度、电磁脉冲的入射方向等的关系。结果表明：屏蔽层电流幅度随着缆线距离地面高度增高而增加;屏蔽层电流幅度、前沿、半高宽随着缆线长度增加而增加,直到分别达到各自的最大值;电磁脉冲正入射时,屏蔽层电流幅度沿缆线分布呈现中间大、两边小的规律;电磁脉冲斜入射时,屏蔽层电流相对电磁脉冲正入射时,幅度更高、前沿更快、半高宽更窄,幅度沿缆线的分布情况为从一端到另一端逐渐增大。     

导体及其周围电离气体电磁俘获的数值模拟

 介绍了圆柱导体周围稠密大气部分电离时导体对入射电磁场的散射特性的计算结果。采用了三维时域有限差分方法联合求解Maxwell方程组和空气离子方程组。结果表明,导体周围气体电离等离子体层的存在严重影响电磁场的散射特性,即电子等离子体与导体形成了谐振结构,在谐振频率上俘获了电磁场能量。     

不同电磁脉冲对细导线的耦合

 采用时域有限差分法,结合细线处理方法,分别对超宽带电磁脉冲、快前沿电磁脉冲和核电磁脉冲在自由空间细导线上耦合的电流进行了数值计算,得出了不同前沿和脉宽的电磁脉冲在细导线上的感应电流。     

外大气层区域系统电磁脉冲模拟试验技术

 对在实验室实现SGEMP模拟的各项技术进行了分析, 总结了已经开展的工作,给出了一些理论计算数据和实测结果, 并对现阶段可能进一步发展的技术提出了研究设想。涉及的各项技术适用于模拟外大气层区域的SGEMP,其中包含了光子直接激励、电子激励、电压和电流注入等。     

共形单步交替方向隐式时域有限差分方法及其改进

提出了一种基于共形网格技术的共形单步交替方向隐式时域有限差分(CLeapfrog ADI-FDTD)方法。与常规FDTD方法相比,此方法能够减小由于目标边界不契合网格划分而引入的阶梯近似误差,提高算法计算不规则目标时的精度;同时算法稳定性更强,计算效率更高。由于引入共形技术后显著降低了原差分法的无条件稳定性,本文利用增长矩阵本征值方法理论分析了算法的稳定性,然后采用了一种改进的共形面积计算方法,在此基础上提出了一种稳定性更高的改进的共形单步交替方向隐式时域有限差分(ICLeapfrog ADI-FDTD)方法。数值算例验证了ICLeapfrog ADI-FDTD是一种具有高稳定性和高精度的高效算法。     

双极晶体管负载瞬态辐照毁伤效应

利用有源传输线模型与漂移-扩散模型的耦合计算模型,对在瞬态X射线辐照下电缆末端典型N+-p-n-N+结构的双极晶体管负载的毁伤效应与规律进行研究,通过分析双极晶体管内部晶格温度分布,判定是否处于毁伤状态,总结双极晶体管烧毁时间和烧毁所需能量与脉冲X射线脉冲宽度和注量之间的关系。结果表明:随着脉冲X射线脉宽增加,双极晶体管烧毁能量变化较小,烧毁时间逐渐增加;随着注量增加,烧毁时间逐渐降低,在5.86J/cm2以下时,烧毁所需能量基本相同,之后呈指数逐渐增加,并通过曲线拟合得到损伤规律的经验公式。