斜入射HEMP近地面电磁环境特性研究

高空核爆电磁脉冲(HEMP)具有覆盖范围广、峰值场强高等特点,对电子设备构成严重的威胁。针对有关HEMP标准中主要涉及自由空间HEMP波形描述的情况,使用时域有限差分法研究了HEMP平面波斜入射地面时近地面的电磁脉冲环境特性,计算了HEMP在地面附近的电磁环境参数。结果表明,垂直极化的HEMP平面波,随着入射角的增大,地面附近的水平场幅值变小、脉冲宽度变窄,垂直场则相反;水平极化的HEMP平面波,随着入射角的改变,较低位置处比较高位置处的总场变化更为明显。     

垂直人射HEMP近地面电磁环境特性研究

高空核爆电磁脉冲(HEMP)具有覆盖范围广、峰值场强高等特点,对电子设备构成严重威胁.针对有关HEMP标准中主要涉及自由空间HEMP波形描述的情况,研究了双指数HEMP平面波垂直入射地面时,地面附近的电磁脉冲环境特性.基于时域有限差分(FDTD)法提出使用一维合成平面波解决总场空间激励源的引入问题.通过设置不同的入射波状态和环境因素,仿真计算了HEMP在地面附近的电磁脉冲环境参数,并对HEMP在地面附近的传播特点与规律进行了总结和归纳.结果表明,较低位置处反射场削弱了部分入射场,使总场幅度降低;较高位置处经历较为完整的入射场和反射场的冲击;地表介质的电气参数对总场也有影响,其中电导率的影响较大.这些结论有利于指导地面附近电子设备的防护设计.     

地面对电磁脉冲的反射分析

通过对水平极化电磁波在地面的反射讨论，给出了高空电磁脉冲频谱分析及其入射到土壤表面时在地面上方形成的电场。不仅从理论上获得了有关的计算公式，而且用Matlab软件画出了详实的图表。     

近地面线缆电磁脉冲效应分析

分析线缆的电磁脉冲效应机理是采取措施、加强线缆电磁防护的必要步骤。以高空核爆电磁脉冲（ HEMP ）作为入射源,基于时域有限差分（ FDTD）方法和Noda细线模型,分析计算了不同状态下近地面线缆的电磁脉冲效应。结果表明,由于受到地面环境场的影响,地面附近开路线缆的响应电流其幅值比在自由空间中的小,振荡频率亦在逐渐降低;带负载线缆在电磁脉冲的作用下,负载的响应电流随阻抗的不同亦呈现出明显不同的特征。所得结论有利于指导线缆的电磁防护。     

垂直人射HEMP近地面电磁环境特性研究

高空核爆电磁脉冲(HEMP)具有覆盖范围广、峰值场强高等特点,对电子设备构成严重威胁.针对有关HEMP标准中主要涉及自由空间HEMP波形描述的情况,研究了双指数HEMP平面波垂直入射地面时,地面附近的电磁脉冲环境特性.基于时域有限差分(FDTD)法提出使用一维合成平面波解决总场空间激励源的引入问题.通过设置不同的入射波...     

不均匀媒质近地面HEMP电磁环境特性研究

确定HEMP近地面电磁环境是研究近地面电子设备的HEMP效应的基础。由于地面对电磁场具有反射作用,使得近地面的电磁环境与自由空间的电磁脉冲环境相差较大。通过分析近地面HEMP传播特性以及土壤电气参数的不同,建立不均匀媒质影响模型,采用修正的菲涅尔反射系数对模型进行理论计算,验证CST数值仿真方法的准确性及简便性,并对近地面复杂电磁场环境进行仿真计算。结果表明:不同波形、距地高度、上层厚度以及入射角度对HEMP影响较为明显,不均匀媒质使得近地面HEMP电磁脉冲环境异于均匀媒质,此结果能为指导近地面电磁脉冲防护提供基本依据。     

通风直管道HEMP耦合响应研究

在高空核爆电磁脉冲(HEMP)条件下,通过对通风直管道半径、长度、管道端口开闭及端口增加金属网,以及是否存在排气扇、排气扇个数及是否存在裂缝,包括不同长度、宽度的裂缝等多种工况进行仿真计算分析,得到管道内部不同工况下的电磁环境,分析得出影响直管道电磁环境的主要因素。随着管道长度增加,电磁环境强度降低;管道半径增加,电磁环境强度增加;端口封闭或存在金属网条会对电磁环境强度起到削弱作用;排气扇个数增加,电磁环境强度降低;裂缝存在与否,裂缝长度、宽度不同的工况对电磁环境强弱基本无影响。研究结论可为通风管道设计及现存管道抗核爆电磁脉冲加固提供参考。     

基于均匀圆阵的短波测向性能分析

针对非均匀地面参数引起的短波测向误差问题,导出了含有地面参数的测向阵列流形模型,给出了水平极化和垂直极化两种圆形阵列流形的具体表达式,并利用多重信号分类(multiple signal classification, MUSIC)方法对地面参数不均匀性导致的两种阵列测向误差进行了仿真. 仿真结果表明：对沿着地面参数不均匀区分界方向的来波信号,方位角测向明显存在较大的测向误差;在低电导率的非均匀地面,地面相对介电常数的变化对方位角测向误差有着显著影响,可达到2°~ 3°;非均匀地面参数对垂直极化阵列测向误差要比水平极化阵列高出1°~ 2°. 因此在短波固定测向站建设时,尽可能选址高电导率区域,并铺设地网改善天线场地的均匀性,来消除非均匀地面参数变化引起的测向误差.     

平坦地条件下移动通信基站天线远场分析

介绍了一种平坦地条件下基站天线远区场分析的理论方法。文章利用射线跟踪法,通过建立适当坐标系进行三维建模,结合电磁散射矩阵关于散射场入射场关系进行理论分析。文中采用最常见的对称天线模拟基站天线,对某900 MHz GSM落地式基站进行电磁环境仿真,对仿真结果进行分析并与实测数据比较,得到结论:在距离基站30 m范围之内,要同等考虑直射信号与地面反射信号对场观察点的场强贡献,在距离＞30 m时,只需考虑天线直射信号对场观察点的场强贡献。     

5G天线对典型强电磁脉冲响应的对比分析

针对强电磁脉冲环境对5G通信系统的威胁,以5G天线为例,研究了典型电磁脉冲经天线口面耦合进入天线端口的电磁脉冲能量大小。利用电磁仿真软件分析了微带天线单元在高空核爆电磁脉冲、高功率微波以及超宽带电磁脉冲环境下天线馈电端口处感应的瞬态电压的时域和频域特性。仿真结果表明:高功率微波和超宽带电磁脉冲在天线单元馈电端口的感应电压较大,极易干扰甚至毁伤5G通信系统的射频后端。     

高空核电磁脉冲海面散射的仿真研究

根据电磁场水平极化波和垂直极化波的反射系数和折射系数表达式,分析了高空核电磁脉冲（HEMP）传播到海面后,在不同极化时的反射系数和折射系数随入射波角度和频率变化的规律。     

基于FDTD的环形孔缝电磁耦合规律研究

为提高电子设备及系统在复杂电磁环境下工作的稳定性,应用时域有限差分方法对不同脉宽电磁脉冲通过带有不同形状（方形环,圆环,矩形环）环形孔缝屏蔽腔体的耦合规律进行了分析.研究结果表明：电磁脉冲通过环形孔缝耦合现象明显,其通过圆环的耦合能量最小;对于矩形环,当入射波极化方向与环形孔缝的短边平行时,若矩形环孔缝纵横比越大,则耦合能量也越大,当极化方向与短边垂直时,则纵横比越大,耦合能量越小;入射电磁脉冲脉宽越短,电磁脉冲越容易耦合进入环形孔缝;腔体壁的反射及谐振会增强耦合效应.     

外电磁场对近面有限长电缆的影响

采用传输线理论,提出有损耗地面的情况下外电磁场对近面有限长导线的感应电流和分布电压的公式.讨论不同的高度、地电导率、外场入射角等对近面有限长导线感应电流和分布电压幅度的影响.计算结果表明,近地面处一根暴露于外场环境中的几十米长电缆,其感应电流峰值一般可达上千安培.     

Plane wave reflection from a rectangular-mesh ground screen

The theory of scattering of electromagnetic plane waves of arbitrary incidence and polarization from an infinite rectangular-mesh ground screen is treated. The screen is composed of thin wires of circular cross section, and is parallel to the interface between two homogeneous media. The theoretical results for parallel-wire screens are obtained in the limit of large wire spacing for one dimension of the mesh screen. Results presented for incident parallel polarized plane waves indicate that both the parallel-wire and mesh screens may exhibit a change in reflecting properties as the plane of incidence is varied from the wire axis direction. In addition, it is shown that the parallel-wire screen can produce appreciably higher cross-polarized fields than a square-mesh screen of the same wire spacing.     

核电磁脉冲与开孔金属腔体耦合特性研究

利用基于时域有限差分法(FDTD)的电磁仿真软件XFDTD,研究了核电磁脉冲与开孔腔体的耦合规律。分析了不同极化方向的核电磁脉冲入射时,矩形孔洞长宽比对耦合特性的影响;讨论了核电磁脉冲照射下,腔体谐振和孔缝与腔体的耦合谐振现象;给出了腔体内部电场分布的截面图,讨论了核电磁脉冲入射时腔体内外电场的空间分布情况。研究结果表明:当核电磁脉冲的极化方向与开孔矩形短边平行时,耦合的电场强度比正方形开孔时的要大,且长宽比越大,耦合的电场强度越大;当核电磁脉冲的极化方向与开孔矩形长边平行时,耦合的电场强度比正方形开孔时的小,且长宽比越大,耦合的电场强度越小。极化方向与矩形开孔短边平行时,腔体内产生了腔体谐振和孔缝与腔体的耦合谐振,开孔尺寸的变化会引起谐振频率的偏移;极化方向平行于长边时无明显电磁谐振发生。核电磁脉冲对屏蔽体内的影响主要局限于开孔附近。     

去除地面反射波的波达角估计方法研究

以基于极化平面的波达角（Direction of Arrival，DOA）估计算法为基础，针对近地面天线受地面反射波影响从而极大地影响DOA估计的准确性问题，对如何去除地面反射波的影响进行深入研究.分别采用理想地面近似法、反射系数法和阵列抑制算法进行仿真试验，对比和分析这三种算法的优缺点，以及各自的适用性.理论分析和仿真试验表明:理想地面近似算法在实际地面参数与理想导电平面相近时，具有准确的计算结果，但在其他情况下计算结果与真实值误差很大；反射系数法通过地面的电导率σ、相对介电常数ε_r以及入射波的极角θ分别求出地面的水平反射系数和垂直反射系数，从而准确估算出来波方向，但由于该方法需要预先知道地面参数，故其应用场景受到了一定的限制；阵列抑制算法巧妙地利用地面反射波和直达波在相位延迟和入射角方面的关系，通过移相操作，生成抑制反射波的新数据，再对其进行处理，准确计算出DOA.通过比较分析可以得出，阵列抑制算法可用于任何类型的实际地面，且无需知道实际地面参数，同时该算法具有很好的准确性，因此其应用场景不受限制，具有很好的理论研究和实际应用价值.     

The Response of a Terminated Two-Wire Line Suspended in Air Above a Semi-Infinite Dissipative Medium and Excited by a Plane-Wave RF Field Generated in Free Space

The analysis previously made to determine the response of a two-wire transmission line buried at constant depth near the earth-air interface when excited by a plane-wave electromagnetic field generated in free space is extended to include the case of the line suspended in air at a uniform distance above the earth's surface. The exciting field is the vector sum of the incident and reflected fields at the point midway between the line conductors. The polarization of the electric field is taken to be parallel to the wires, so that there is no pick up by the terminations. The objective of the study is to determine bounds for the current in specified load impedances in terms of the amplitude of the incident electric field evaluated at the surface of the earth.