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。     

AI-SI法分析X波段机载雷达天线罩

采用口径积分-表面积分(AI-SI)算法,对带罩机载阵列天线进行了分析。雷达罩的介质反射是引起天线方向图副瓣抬升的主要原因,在传统的AI-SI法分析天线罩过程中没有考虑天线金属阵面对天线罩介质反射的影响,因此,带来较大的计算误差。为了避免上述问题,文中在分析带罩天线过程中,采用了理想源阵列加反射板模型。天线罩总的透射场为阵列天线的一次透射场与反射板产生的二次透射场的叠加。为验证算法的正确性,将AI-SI算法计算结果与CST软件仿真结果进行了比较,两者吻合较好。     

支杆阻挡增益的计算

引言在卡塞格伦天线中,付反射面、支杆对辐射电磁波都有阻挡。它们在主口径面上形成的阻挡阴影通常用几何光学方法计算。(而阻挡场对天线效率、旁瓣电平的影响就是照射函数对阻挡阴影的“加权”面积)实际上射频阴影比光学阴影宽,所以光学阴影仅是一种近似。如果频率很高,支杆宽度2ηo≥λ,那么几何光学方法就可以得到充分的应用。     

基于低折射率人工电磁材料高方向性阵列天线

讨论了一种低折射率人工电磁材料应用于天线阵设计,在口径面积相同的情况下,获得了比传统天线阵更高的方向性。这种阵列天线有如下一些特征:阵元数量显著减少,阵元间距远大于一个波长,馈电网络简单。人工电磁材料由两层周期性的正方形金属网格构成,置于阵元的上方。结果表明:一个由同轴馈电的2′2 微带贴片集成人工电磁材料覆层构成的阵列天线,具有26dB 以上的高方向性,优于传统天线。相同口径面积的情况下,一个4′4 阵元集成人工电磁材料覆层的天线阵结构,其增益与一个传统的16′16 阵元的天线阵结构相当。前者显而易见地具有更简单的馈电网络和较高的天线口径效率。本文提出的天线阵,在高增益天线系统中具有较高的应用价值。     

口径积分法结合CST软件分析缝隙阵列天线罩

采用近场口径积分算法结合三维电磁仿真软件(Computer Simulation Technology,CST)仿真软件分析了带有多层介质天线罩的平板缝隙阵列.用CST对天线罩内的缝隙阵列天线进行仿真分析得到每个缝隙中心点的电磁场分布,对天线罩部分分析采用近场口径积分法分析天线罩部分对平板缝隙阵的影响.通过对该混合方法计算出的带罩平板缝隙阵列天线结果与CST全波仿真结果进行对比来验证该方法的正确性,结果表明:两者吻合很好.由于采用CST软件提取缝隙阵口径场考虑了阵元之间的互耦,较传统的理想阵元模型更加准确.混合方法避免了全波算法解决电大尺寸多层介质天线罩分析过程中耗费计算资源大、时间长的缺点.     

基于方向图乘积的阵列天线口径反演

介绍了一种利用近场测量系统进行阵列天线口径反演的新方法。该方法将近场测量系统采集的近场数据变换到平面波谱（PWS）,在平面波谱上进行天线单元因子补偿后运用口径场反演算法,重构出被测阵列天线口径面上各天线单元馈电端口的幅相分布。随后使用计算机模拟的方法在理想近场数据上加入单元通道误差,将乘积反演方法与传统插值反演方法在模拟结果上进行对比,随后分析了单元不一致给反演结果带来的影响,证明了该方法具有较高的反演精度,有效提高了阵列天线口径校正的效率。     

影响反射面天线副瓣性能的机理

由于反射面天线中抛物盒顶部开口所造成结构不连续，使其开口处产生的散射场对抛物盒的反射场干涉而造成口径场畸变，从而导致了天线副瓣性能变差。该文根据天线方向图与其口径场之间的关系，通过理论分析和仿真计算，分析、讨论了口径场分布影响天线副瓣性能的主要机理。     

球面近场下相控阵天线口径诊断研究

在近场测量系统中,天线口径诊断是其中一项重要功能,它能够帮助天线设计师发现相控阵天线设计或者网络配置问题.平面近场中的口径诊断技术已经广泛地应用在雷达天线测试中,在球面近场测量中同样需要这种算法.本文基于球面坐标系下电磁场模式方法,得到球面近场条件下的口径反演算法.在仿真模型中计算得到了被测天线的口径场分布,计算结果与理论模型结果吻合.对X波段阵列天线进行了实际测试,得到了不同配置下的阵列天线口径反演结果,经过数据比对,证明了本文算法的幅度反演精度优于1 dB.     

计算辐射积分的简化方法

本文叙述了一种与口径场法(AFM)或感应电流法(ICM)有关的计算反射体天线辐射积分的简化方法。这种方法包含了相位函数的线性近似以及将近似误差计入幅度函数,然后将积分改写为一慢变函数乘以相位指数。该慢变函数对径向利用多项式展开,对切向则利用三角函数展开,其展开系数由口径上(与实际分布)对应的点决定。对应点则按类似二维积分的方式选取。     

一维微粗糙面与其上方金属平板的复合电磁散射研究

研究了一维导体随机粗糙面与其上方金属平板的复合电磁散射。应用互易性原理使求解复合目标的二次散射场简化为求解包含平板上的极化电流和微粗糙面散射场的积分方程。利用物理光学近似和粗糙面微扰法分别计算了平板上的感应电流和粗糙面的电磁散射场,导出了复合散射模型单、双站散射的计算公式并给出了单站数值计算结果,讨论了后向复合散射截面随入射频率及平板尺寸、位置的变化关系。     

基于箱体法材料电磁脉冲场屏蔽效能测试研究

为准确评价屏蔽材料在强电磁脉冲环境中的屏蔽效能,提出了一种基于屏蔽暗箱窗口法的材料电磁脉冲屏蔽效能时域测量方法。该方法将带有测试窗口的屏蔽箱体置于GTEM 室内,被测屏蔽材料安装在屏蔽箱的测试窗口上,利用置于腔体中心的单极子天线测量耦合进腔体的电磁脉冲电压波形,对测得的时域电压信号进行快速傅里叶变换( FFT) ,得到了被测材料频域屏蔽效能曲线。与频域测试结果进行了对比,结果基本一致。实验表明该测试系统可以有效减小局部增强效应对测量精度的影响,能够可靠评价强电磁脉冲作用下材料的屏蔽效能。     

Research on indoor electromagnetic radiation field of multiple antenna system

The complexity of the indoor environment brings great challenges to predict the electromagnetic radiation field of multiple antenna systems. Based on the Finite Difference Time Domain (FDTD) algorithm, using the mobile phone shielding device as the multiple antenna systems example, the mobile phone shielding device??s indoor electromagnetic radiation field is researched by measurment method and simulation method. The effectivity of prediction method is verified by comparing the prediciton results with the measurment results. About 80% of the error can be controlled less than 4 ± dB. The quantitative research has certain guiding significance to the prediction of the multiple antenna systems radio wave propagation.     

混响室法欠模状态屏蔽体屏蔽效能测试技术研究

欠模状态下屏蔽壳体内部场分布不均匀,屏蔽效能测量结果与位置相关,因此需要利用探头或单极子天线进行多位置测量,过程繁琐。文中利用长线天线来测量欠模状态下屏蔽壳体屏蔽效能,并与单极子天线测量结果进行比较。在暗室中测量天线自由空间反射系数S₁₁;在混响室中利用不同天线测量屏蔽壳体的屏蔽效能,并利用S₂₂分析腔体谐振特性。测量结果表明,长线天线宽频带匹配特性优于单极子天线,测量的屏蔽效能能够更好地反映屏蔽体谐振特性,为屏蔽壳体的屏蔽效能测试评估提供了指南,具有工程应用价值。     

NEMP fields inside a metallic container with an aperture in onewall

The finite-difference time-domain (FDTD) method was used to study the nuclear electromagnetic pulse (NEMP) waves coupling into one metallic container through a small aperture in one face of the container. The incident electric fields of NEMP waves were expressed by double exponential forms with two different decay constants. The time-domain behavior of the electric field inside the metallic container excited by the waves was obtained by the FDTD method. The electric field distributions on various layers for the area of the aperture of 10×10 cm² were also calculated. It was found that the shielding effectiveness is greatly improved by a factor of 255 by reducing the area of the aperture from 10×10 to 1×1 cm² . The aperture filled with dielectric materials was also studied for shielding effectiveness. The coupled electric field inside the metallic container was round to be a nonlinear function of the relative dielectric constant of insulators filled in the aperture     

不完全屏蔽腔体辐射耦合电场增强效应防护方法

针对武器装备机箱内部电磁辐射防护的技术需要,从不完全屏蔽腔体辐射耦合电场增强效应形成机理出发,对孔缝耦合及贯通导体耦合导致的屏蔽腔体内部局部电场增强效应防护方法进行了研究.仿真计算了屏蔽腔体内部加载吸波材料、腔体分区隔断以及贯通导体安装金属导管等防护方法对不完全屏蔽腔体电磁耦合的影响,研究结果表明:在屏蔽腔体内部加载吸波材料能够有效降低由于腔体谐振产生的电场增强效应,相同的吸波材料放置在强场位置防护效率会更高;采用分区隔断的屏蔽腔体能够提高腔体的谐振频率,大幅降低腔体内大部分位置的电磁耦合能力;贯通导体通过金属导管进入屏蔽腔体能够有效降低贯通导体的电磁耦合能力,削弱屏蔽腔体内部的电场增强效应,屏蔽腔体内部及外部的金属导管长度越长,其防护效果越明显.     

X/Ka双频段宽带极化扭转卡塞格伦天线设计

针对标准卡塞格伦天线因馈源口径、副反射面以及支杆遮挡而导致的增益较低和副瓣电平较高的问题,文中设计了一种极化扭转变形卡塞格伦天线,通过副反射面的波选择功能、主反射面的90°极化扭转功能最大限度地降低了副反射面及支杆的遮挡效应。针对主、副反射面结构复杂的情况,采用等效介电常数的方法简化仿真模型。首先,利用电磁仿真软件CST对副反射面的反射率和透射率、主反射面的极化扭转特性进行仿真分析。然后,利用电磁仿真软件FEKO对天线主、副反射面进行总体设计仿真优化分析。最后,实测的天线工作绝对带宽为2 GHz,上、下边频以及中心频点和方向图的副瓣均小于-20 dB,且实测结果与理论计算及FEKO仿真结果较为一致。     

高频强场源对天馈系统的电磁耦合效应仿真

为获得天馈系统附近给定设备内部可能引起的电磁干扰的估计值,从而优化天馈系统的设计参数,采用COMSOL中的磁场模块,模拟完整天馈子系统在受到外部电磁场作用而激发出的电场强度和电流密度。模型空间采用无限元域截断,感应电流主要分布在天馈子系统固体的内外表面,其值一般在650 A/mm2左右,天馈子系统固体内部的感应电流小于6 A/mm2。对于壁面较薄的区域,固体内部的感应电流亦较大。仿真结果表明,天馈子系统对于外界辐射电磁源的偶合电磁效应主要集中在固体部分的表面,从而引起信号的改变,对误码率的作用较大。     

Analytical form of EM fields radiated by circular aperture antennas of various current distributions

~~Analytical form of EM fields radiated by circular aperture antennas of various current distributions[1] Schelkunoff S. A., Advanced Antenna Theory, John Wiley &Sons, 1952. [2] E|liott R.S., Antenna Theory and Design, Prentice-Hall, Engie-wood Cliffs, N J, 1981. [3] R.W.P. King and G.S. Smith, Antennas in Matter: fundamen-tals, Theory and Applications, MIT Press, Cambirdge, MA,1981. [4] W.L. Stutzman and G.A. Thiele, Antenna Theory and Desigrn,John Wiley & S…     

基于遗传算法/矩量法的八木天线设计

遗传算法应用于天线设计时,需要和电磁场的数值方法相结合。从Pocklington方程出发,采用矩量法分析计算了八木天线各振子的电流分布、增益及方向图特性,以八木天线增益为目标,采用遗传算法对天线振子长度及振子间距进行了优化,得到了具有最佳增益的八木天线结构尺寸。实物测试结果表明该算法的可靠性及正确性。     

A personal monitor using a surface area sensor

A personal electromagnetic radiation monitor having a surface area sensor to detect the radial electric field component directly from the radiating antenna or a secondary radial field component created by the current induced in the wearer of the personal monitor who is illuminated by the electromagnetic field is presented. The measurement of low frequency electric (E) fields in the presence of a human is difficult because of the field perturbation caused by the human. This monitor uses the very same mechanism for the perturbation of the field to monitor the level of the illuminating field. The radial field is the major energy component of the electromagnetic field near a radiator. It predominates for approximately 1/6 of a wavelength. At low frequencies and at close distances to the radiating antenna, the radial field from the antenna induces a surface charge on the sensor, which results in a displacement current which is measured and compared to a preset threshold value, above which will trigger the alarm. At farther distances from the radiating antenna, where the radial component is not as prominent, the vertical E field becomes the significant field illuminating the person wearing the monitor. The field will induce a current in the person which, in turn, will create a secondary radial E field close to the surface of that person. The surface area sensor will sense this secondary radial E field and cause the personal monitor to respond appropriately