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。     

贯穿设备屏蔽层线缆电磁脉冲响应研究

提出了一种获取电子设备壳体屏蔽层外接线缆电磁脉冲耦合响应的计算方法。首先,以壳体屏蔽层为分割点,将贯穿线缆分为内外两部分,根据基本传输线理论和戴维南等效原理,得到内外两段线缆的等效电路模型。然后,利用Agrawal散射电压模型分析了外等效电路的端口负载频域响应,并根据该负载响应得出了内部线缆等效电路的端口负载频域响应。最后,以高空核爆电磁脉冲的IEC标准波形为计算波形,通过傅里叶变换方法求解了内部端口上的时域响应,并分析了线缆几何参数和终端负载对响应波形的影响。     

基于短波通信的射频前端电磁脉冲防护模块仿真与设计

随着通信系统面临的电磁工作环境越来越严峻,高功率容量、低插损、快响应时间的电磁脉冲防护模块对其射频前端电路的保护越发的重要起来.本文主要基于PIN二级管射频限幅的原理,构建了PIN二极管的时域等效电路模型,利用去嵌入阻抗场计算方法提取相应电路的S参数,优化设计匹配网络,并采用无源多级PIN二极管结构,设计了一个工作于0~200MHz,插入损耗小于0.15dB,驻波比小于1.4dB,响应时间小于1ns的短波通信电磁脉冲防护模块.结合PIN二极管时域等效电路模型,利用先进设计系统（Advanced Design System,ADS）仿真软件对电磁脉冲防护模块限幅性能进行仿真,并对加工出来的电磁脉冲防护模块进行了测试,结果验证了各项指标满足要求.     

双极天线的核电磁脉冲响应特性研究*

针对应用较为广泛的一种短波双极天线,利用CST 仿真分析了天线对高空核电磁脉冲(HEMP)的响应特性。计算了双极天线分别在自由空间和导体板上方时的天线端口开路及端接50 赘负载情况下的响应特性,得出了天线在两种情况下端口的感应电压时域和频域信号及负载的沉积能量,并探讨了其随电磁脉冲入射角兹、导体板半径R 和天线高度H 的变化规律。仿真结果对于实验方案的制定及天线系统防护具有重要指导意义。     

电磁脉冲下螺旋天线瞬态响应的仿真研究

由于通信天线经常工作在宽带或者多频带模式,为了对电磁干扰下的通信天线进行保护,对天线时域特性的仿真必不可少.其中一个需要研究的问题就是将天线装载于金属平台上并同时使用脉冲源激励.文中使用一种具有通用性的数值方法--时域电场积分方程,仿真了电磁脉冲照射下螺旋天线的宽带瞬态响应特性.采用拉革尔多项式作为全域时间基函数来展开时间变量,获得求解线天线散射辐射问题的时域电场积分方程,也就是阶数步进递推格式,最后使用数值计算得到了螺旋天线的瞬态响应特性.     

基于正向建模的目标超宽带电磁脉冲雷达回波仿真

为了快速获取超宽带（ultra-wideband,UWB）电磁脉冲激励下雷达目标的时域电磁响应,提出了一种基于散射中心正向建模的目标时域回波仿真方法.从目标几何模型出发,利用空间射线分集技术对强散射源进行分离,通过模型参数正向确定方法构建出目标的属性散射中心模型,用以表征目标高频电磁散射特性,并在UWB电磁脉冲激励下进行仿真运算,获得目标时域回波信号.以典型目标SLICY为例,基于正向建模的散射中心模型,快速获取不同UWB电磁脉冲激励下的雷达回波信号,与高频仿真方法得到的一维距离像（high resolution radar profile,HRRP）进行对比分析,吻合良好.由此验证了本文提出的回波仿真方法的有效性,为不同辐射源激励下目标的快速电磁响应研究提供了一种新思路.     

基于新时域算法的集总加载线天线的耦合分析

在电磁工程应用中, 天线通过加载, 可以缩短天线尺寸, 实现小型化设计.文中提出了网格内置集总元件的时域有限差分(Finite Difference Time Domain, FDTD)处理新方法, 将细导线FDTD与集总元件FDTD结合起来, 模拟了强电磁脉冲对集总加载线天线的耦合, 能够快速计算得到天线上耦合的电流响应.通过与有限积分法软件的仿真结果进行对比, 验证了混合算法的正确性.在此基础上, 分析了入射电磁脉冲的类型以及脉冲宽度对天线上电流响应的影响, 为天线进行前门防护设计提供理论依据.     

车载超短波电台受扰程度定量分析与评估

车载电台作为车载通信系统的核心部件之一,易受车内复杂电磁环境干扰,导致通信质量下降或性能丧失。文中采用试验数据,建立可描述车载电台受干扰程度的量化模型与评估方法,研究了车载电台在车内复杂电磁环境中的受干扰程度。通过分析接收机减敏机理,基于某型号超短波电台试验测试数据,建立了接收机减敏量与天线端口干扰电压的量化模型,并利用所建模型,采用层次分析法提出表征受扰车载电台通信效能的评估方法。实测数据验证表明,文中所建模型具有较高精度,超过85%的测试频点量化误差在6 dB限值内,说明所提出的评估方法具备有效性与可行性。     

基于积分方程等效电路和BLT方程的传导耦合效应仿真分析

提出了基于积分方程等效电路和Baum-Liu-Tesche(BLT)方程的电磁脉冲传导耦合效应分析方法, 建立外部电磁干扰等效源模型, 提取等效电流和阻抗参数.对内部含复杂传输线网络和集成电路插件的电子设备建立了电磁拓扑模型, 采用BLT方程分析电磁脉冲响应.仿真分析了内部传输线连接关系、外部信号线长度和半径大小、节点负载等因素对传导耦合效应的影响.将计算结果和商用电磁仿真软件CST的结果进行了对比, 分析了所提方法的有效性, 可为电子设备电磁脉冲防护设计提供参考.     

太赫兹时域频谱仪用宽带光导天线的研究

采用大型电磁计算软件CST对一种现有的偶极子型光电导天线的方向性进行仿真计算。结果表明,这种偶极子型光电导天线或最大辐射方向随着频率的变化而发生显著变化,方向性比较差,造成其在应用于太赫兹时域频谱仪时效率低下,且对环境存在电磁污染的问题。本文的研究方法可以用于研究新的光电导天线,从而改进太赫兹时域频谱仪用光电导天线的性能。     

双频宽带双极化定向电磁偶极子天线设计

设计了一款双频带宽带双极化定向电磁偶极子天线。首先,采用最基本的电磁偶极子天线模型,通过对偶极子天线的形状进行调整以及增加Г形寄生枝节实现了双频段单极化定向电磁偶极子天线。其次,将两个单极化电磁偶极子天线十字交叉放置。最后,通过两个高度不同的Г形探针分别对两个天线进行耦合馈电,实现双频宽带双极化定向辐射特性。根据仿真结果,对天线模型进行了加工和测试。仿真和实测结果表明：天线在低频段0.8~0.96 GHz和高频段1.7~2.7 GHz内反射系数的模值均小于-10 dB,所对应端口隔离度分别大于20 dB和25 dB,天线的测试峰值增益在低频和高频段分别为5.5 dBi和8.2 dBi。该天线可应用在无线通讯系统中。     

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。     

时域天线阵列半功率波束宽度计算

对于冲击雷达系统中的时域天线阵列,提出点源近似模型,用来计算时域超宽带天线阵列辐射瞬态电磁脉冲的场方向图以及辐射波束的半功率波束宽度。采用点源近似模型计算的半功率波束宽度和CST仿真结果一致,并和实验测试结果吻合得很好。实验表明,阵列辐射瞬态电磁脉冲具有波束聚焦特性,点源近似模型可以作为一种简便的方法,对时域天线阵列的参数进行分析。     

高功率微波作用下单极天线瞬态响应特性研究

运用时域有限差分法(FDTD)结合同轴等效馈电模型计算了高功率微波(HPM)电磁脉冲作用下单极天线的感应电流的频域和时域响应,分析了单根单极天线感应电流频谱和时域响应与入射HPM间的关系,同时分析了两根天线间的距离对第一根天线末端感应电流的影响。计算结果表明,单根单极天线对HPM的感应电流频谱主要由入射HPM载波频率决定,感应电流波形与入射HPM波形相似;有其他天线存在时,对第一根天线会造成影响,且随距离增加影响减小。     

微型化光纤传输电磁脉冲传感器研究

研制了一套用于小空间电磁脉冲测试的光纤传输电磁脉冲电场传感器。通过电磁仿真软件CST2011,研究了天线结构对被测场影响,并讨论了天线结构、负载阻抗与响应带宽和灵敏度之间的关系,确定了主要设计参数。研制的微型化传感器采用屏蔽结构与偶极子天线的一体化设计,有效减小了天线与电光转换部分的体积和对被测场的扰动,适用于核电磁脉冲和雷电电磁脉冲的测量。传感器采用对称结构,满足自由空间场测量的需要,为电磁脉冲测量和电磁脉冲场标准装置的校准提供了新的手段。     

基于散射中心模型的目标时域回波快速仿真

为快速获取超宽带电磁脉冲激励下雷达目标在时域上的电磁响应,提出一种基于属性散射中心正向建模的方法用于目标时域回波仿真。从目标几何模型出发,利用射线追踪、分集技术对空间中所有射线进行标记与归类,分离并定量表征目标的强散射源。基于属性散射中心模型,正向确定模型参数,构建出目标属性散射中心模型,在选定的辐射源激励下进行仿真计算,快速获取目标时域回波信号。以典型目标简化坦克为例,选取不同形式的超宽带电磁脉冲信号作为辐射源,基于正向建模方法构建简化坦克的散射中心模型,快速获取给定电磁脉冲激励下的雷达回波信号,并与利用高频仿真方法得到的一维距离像对比,结果具有较好的一致性,从而验证了利用散射中心模型快速进行不同辐射源激励下回波仿真的有效性。     

嵌入匹配网络的电小天线的优化设计

本文提出一种把电感级联网络嵌入多偶极子电小天线中,用来展宽偶极子电小天线的阻抗特性的天线模型和网络参数综合的方法.由于在电小天线阻抗计算中,存在着较大的误差,影响匹配网络参数设计准确度,本文依据多端口阻抗测试的结果,采用随机优化方法,综合出电感级联网络的参数,最终参数综合计算的结果与实验的结果相当吻合,验证了这种方法的有效性.     

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。     

磁电偶极子天线的极化可重构研究(特邀文章)

磁电偶极子天线有着宽带、对称方向图、低后瓣和稳定增益等优越性能,在诸如基站天线设计等应用场合颇受青睐.另一方面,随着通信系统朝着大容量、高可靠性和智能化等方向发展,可重构天线因其可重配置的天线特性受到广泛关注.该文总结回顾了极化可重构磁电偶板子天线的研究进展,着重介绍了一种高天线效率、三种极化选择和一种单端口、四种极化选择的磁电偶板子天线的设计和分析.相对于传统的基于微带天线的极化可重构设计,提出的基于磁电偶极子天线的极化可重构天线,具有交叠带宽宽,方向图对称,增益稳定等优点;并且通过采用如低损耗的可重构微扰结构和交叉阵子结构馈电等技术,可以实现较高的天线效率或是更少的馈电端口和不复杂的直流偏压电路.其在未来高度集成化、绿色和智能化的无线通信系统中有着一定的应用前景.     

光纤传输式瞬态脉冲电场传感器分析与设计

为实现瞬态脉冲电磁场的时域测试,研制了一种基于场效应管加载的光纤传输式电场传感器。根据电场传感器的等效电路模型及其实尺仿真模型,分析了接收天线的负载阻抗及其长度等参数变化对传感器测试性能的影响,为传感器设计中的参数选择提供了参考。在此基础上,利用自行研制的电场传感器分别对核电磁脉冲场和雷电电磁脉冲场进行了实测,结果表明:传感器的高、低频响应能力均较好,基本可以满足测试瞬态电磁脉冲场的需要,验证了传感器设计的可行性。