现代战争面临的高功率电磁环境分析

摘 要：本文综述了与电磁武器有关的高功率微波（HPM）、超宽带（UWB）、核电磁脉冲（HEMP）等高功率电磁辐射的主要参数及其传播规律；快上升沿电磁脉冲（FREMP）的主要参数及其传播规律与国外相关标准。对超宽带短脉冲电磁学的形成作了初步探讨，最后概略分析了超宽带电磁武器对防护工程的影响。     

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。     

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。     

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.     

高空核电磁脉冲照射下车辆表面感应电流研究

高空核电磁脉冲(HEMP)照射下车辆表面感应电流的研究是装甲车辆电磁防护工作的组成部分。根据IEC6100发布的高空核电磁脉冲波形标准,文中建立了高空核电磁脉冲照射下车辆表面感应电流仿真电磁模型,并使用基于FDTD算法的CST软件进行仿真。通过改变HEMP照射方向和去除炮管部位,对比研究不同频点的车辆表面感应电流最大值和峰值区域的变化情况。实验结果表明,不同角度的车辆表面感应电流最大值与照射方向车辆表面结构的复杂度呈正相关变化,在炮管部位有远高于其它部位的感应电流。文中车辆最大感应电流参考值为1.82×103 A/m,重点防护频段为0~40 MHz。     

复杂电子系统强电磁脉冲效应研究

随着大规模集成电路的发展,电子设备的结构越来越微型化、复杂化,复杂电子系统抗电磁脉冲容限不断降低,在强电磁脉冲的干扰下极易造成系统的性能降级、损伤甚至爆炸。针对强电磁脉冲的破坏作用,以高空核爆电磁脉冲(HEMP)为例,分析强电磁脉冲的特性和研究强电磁脉冲效应的数值计算方法,并基于时域有限差分法(FDTD)仿真分析了双层金属腔体在HEMP平面波作用下的孔缝耦合过程,得到了有利于指导腔体电磁防护设计的结论。     

斜向通道地表雷电电磁脉冲场分布规律研究

通过分解电流微元偶极子并求解Maxwell方程组,得到了斜向通道雷电电磁脉冲(Lightning Electromagnetic Pulse,LMEP)场解析表达式;基于此斜向通道模型,研究了不同方位角和回击速度时的雷电电磁场分布规律.结果显示:近场区电场分量随方位角的变化规律要受到放电通道倾斜程度的影响,但是其他场区的电场分量和任意场区的磁场分量初始峰值均会随方位角的增加而减小;当回击速度改变时近场区电磁场分布规律保持不变,但在中间场和远场区电磁场初始峰值将随回击速度的增大而增大.     

核电磁脉冲地波传播规律

介绍了核电磁脉冲地波传播的理论计算方法,研究了当大地电导率大于0.005 S/m时,地波传播函数随频率及传播距离的变化规律,并计算了不同传播距离核爆电磁脉冲的地波电场。结果表明,频率越高,传播距离越远,传播函数的幅值越小;核爆电磁脉冲的传播距离为500 km时,电场的幅度会有大于一个量级的衰减。     

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。     

双层金属腔体HEMP平面波孔缝耦合特性分析

高空核爆电磁脉冲（HEMP）对电子/电气设备构成严重威胁,是电磁兼容与电子/电气 设备安全领域的重要研究内容。基于时域有限差分法（FDTD）的总场-散射场体系建立仿真 空间,推导了连接边界的一维平面波引入方法,选择双层金属腔体为研究对象,仿真分析了 腔体在HEMP平面波作用下透过孔缝在各采样点的响应过程。仿真结果显示,各采样点都出现 了明显的振荡波形,其中外金属腔体孔缝中心比内金属腔体内部中心点耦合电场的峰值大; 相同面积下,正方形孔、矩形孔的耦合电场比圆孔的耦合电场小;内部腔体与外部腔体 在孔缝一侧距离的大小也会对耦合结果产生影响,间距越大,内部耦合电场的衰减越多。所 得结论 有利于指导双层金属腔体的电磁防护设计。     

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...     

HEMP模拟器的改进及测量探头的设计

针对国际电工委员会发布的高空核电磁脉冲（HEMP）波形新标准,对有界波电磁脉冲模拟器进行了改进：研制了新型纳秒液体开关,设计、制作了D-dot型电场监测探头,构成了一套完整的快前沿HEMP抗扰度实验系统。试验结果表明,改进后的模拟器可产生前沿小于2.0 ns,半峰宽25 ns,峰值50 kV/m的双指数电磁脉冲;通过与瑞士Montena公司生产的SEG2G型电场探头试验测量结果的比较,表明本文研制的测量系统完全满足设计要求。     

弯曲通道长度及倾斜角度对雷电电磁场影响研究

为了得到弯曲通道雷电电磁脉冲场的分布特性,将电流微源偶极子进行水平分解和垂直分解,利用偶极子法对弯曲通道产生电磁场的表达式进行了推导.在此基础上就底部回击通道长度以及上部回击通道倾斜角度对地表电磁场的影响规律进行了相关研究.研究结果表明,弯曲通道的电磁场峰值主要取决于底部放电通道的长度,在中间场和远场区底部通道越长对应的电磁场幅值越小;而倾斜角度对近场区电磁场影响极小,在中间场和远场区电磁场幅值会随着倾斜角度的增加而降低,且距离越远倾斜角度对电磁场幅值的影响越明显.     

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。     

近地电缆屏蔽层对高空核电磁脉冲响应的研究

为了研究近地面电缆屏蔽层对高空电磁脉冲的耦合规律,依据传输线理论,计算了在高空核电磁脉冲作用下损耗大地上电缆屏蔽层上的感应电流。利用快速傅立叶变换技术,首先得到近地面电缆屏蔽层感应电流的频域解,然后采用快速傅立叶逆变换技术得到时域解。得到了感应电流随电缆长度、电缆架设高度、电磁脉冲极化角、方位角、俯仰角、端接阻抗和大地电导率等的变化规律。     

电磁拓扑结合积分方程求解电磁脉冲传播问题

提出一种求解电磁脉冲传播与耦合问题的方法。该方法的思路是将电磁拓扑方法与时域积分方程算法相结合,前者提供方法论,后者实现具体计算。可以提高分析效率,增大可计算目标及区域的尺度,克服复杂电子信息系统直接进行电磁计算的困难,并充分利用时域积分方程的优点。阐述了电磁拓扑理论分析和解决问题的基本思路,归纳了应用电磁拓扑解决电磁脉冲传播与耦合问题的四个主要步骤。提出了电磁拓扑与电磁计算的结合方法,并研究了时域积分方程加速方法。     

进入人防工程的架空线缆对HEMP耦合特性研究

高空核电磁脉冲(HEMP)能量可经长导体(如架空电力线、架空通信线等)耦合进入人防工程,而与这些长导体相连的电力、电子设备有可能遭受损坏。文中采用有损耗地面上传输线模型,通过数值仿真,研究架空线的长度、高度、负载阻抗、地面土壤电导率等参数与HEMP耦合特性的关系,为人防工程电磁脉冲防护提供依据。计算结果表明,在HEMP照射作用下,在50 m~1 km长的架空线的负载上能产生的感应电压幅度达几十千伏到上百千伏,感应电压的上升时间约在20 ns。