基于时域有限差分法的亚纳秒有界波模拟器数值模拟及分析

对亚纳秒有界波电磁脉冲模拟器进行了理论分析、数值模拟及实验验证。亚纳秒有界波电磁脉冲模拟器的前沿可以达到亚纳秒,且稳定性较好。电场分布均匀,可以满足各种测试需求。在亚纳秒有界波电磁脉冲模拟器的研制中,采用FDTD（时域有限差分）法结合环路积分法对模拟器传输线场的传播和场分布进行了数值模拟,确定了模拟器的试验工作区域（1m×1m×1m）,且模拟器工作区域实际的场分布测量结果与数值模拟结果吻合的很好。     

定向辐射式核电磁脉冲场模拟器的研制

针对大型受试设备核电磁脉冲抗扰度试验评估要求，研制了基于Marx发生器脉冲源和横电磁波（Transverse Electro Magnetic，TEM）喇叭天线的可移动、极化方向可调的定向辐射式核电磁脉冲模拟器.实验分析了不同极化方向和终端负载对脉冲波形的影响，确定了定向辐射式核电磁脉冲模拟器的均匀区域.结果表明:辐射电磁脉冲场可用区域为近场区域，随着与口径面距离的增大，峰值场强近似按1/d2衰减，脉冲宽度显著减小；与传输式模拟器相比，辐射式核电磁脉冲模拟器具有更大的均匀区域，更适合大型设备电磁脉冲抗扰度试验.     

电磁脉冲模拟器快前沿高压脉冲源设计

为给强电磁脉冲模拟器提供快前沿高电压能量以形成符合标准的强电磁脉冲环境,文章开展了对模拟器核心部件——700 kV高压双指数脉冲源的设计工作。基于Marx发生器和一级峰化技术,将脉冲压缩形成快前沿高压脉冲对天线负载放电,输出波形上升前沿小于2.5 ns,半高宽大于23 ns。通过电路仿真对比不同元件参数对脉冲源输出波形的影响,确定主要部件的参数设计目标后开展了高压脉冲源的设计和研制。详细介绍了脉冲源主要部件Marx发生器和峰化电路的设计过程、参数预估和测量情况,给出了脉冲源产生的双指数电压波形。试验结果表明,该快前沿高压脉冲源的输出波形满足设计指标,可以通过双锥天线在较大区域形成脉冲电场,用于强电磁脉冲环境模拟装置。     

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。     

大型吉赫横电磁波室的数值分析

为了解10m以上的大型GTEM（吉赫横电磁波）室的传输特性和场的均匀性,利用FDTD（时域有限差分）法对大型GTEM室进行了数值分析。选用了上升前沿为纳秒级的高空电磁脉冲波形和高频特性较好的高斯脉冲源作为激励源,计算结果表明对于10m长的GTEM室可以无失真地传输1．5GHz的电磁波,所以能够利用GTEM室传输上升前沿为纳秒级的快上升沿电磁脉冲。“三分之一”测试区域的场强不均匀性小于±2dB,可以用做精度较高的测量区域。     

连续波在强电磁脉冲效应中的适用性研究

介绍了连续波系统对高空核爆电磁脉冲(high altitude electromagnetic pluse, HEMP)效应的研究方法.对连续波系统的搭建、试验方法和数据处理进行了介绍, 以鞭天线为试验对象进行了效应试验, 通过对数据的采集和计算, 获取了鞭天线的传递函数.在此基础上, 用有界波模拟器的空间HEMP双指数波形数据进行了仿真获取响应, 并与鞭天线在有界波模拟器试验的效应数据进行比较, 进一步验证了连续波在强电磁脉冲效应研究中的科学性、有效性.同时, 该试验也为连续波系统在HEMP领域的研究和运用提供了有效支撑.     

一种高空核电磁脉冲磁场测量技术

针对高空核电磁脉冲（high altitude electromagnetic pulse，HEMP）试验研究，分析了电小环天线测量原理和频率特性，建立了传感器数值模型，研究了其脉冲接收特性，设计了一种B-dot传感器，研制了一套脉冲磁场测量系统.结果表明:当环面半径小于20 mm，传感器的上限截止频率达到720 MHz以上，标定结果显示测量系统整机的上升时间小于1 ns.应用该系统测试HEMP模拟器的电磁脉冲环境，并与电场测量结果进行了比对和验证，结果与理论相符，该系统具备HEMP模拟器产生的快前沿脉冲磁场的测量能力，同时可推广应用于其他强脉冲磁场测量.     

大型线栅有界波模拟器仿真研究

为研制上升沿更快的电磁脉冲模拟器,采用CST电磁仿真计算软件进行仿真预研和分析。研究了长31 m、宽5 m和高5 m的大型线栅有界波模拟器线栅疏密度与粗细度对脉冲指标的影响,并找出了满足MIL-STD-461F标准的电磁脉冲测试区域。所得仿真结果可作为电磁脉冲测试时受测器件的摆放与下一步建造实际模拟器的参考。     

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。     

雷电电磁脉冲电场仪的标定研究

为了给出雷电电磁脉冲电场仪测试结果的实际量值,拟采用实验室已有的有界波模拟器,以雷击浪涌发生器产生的1.2/50 μs脉冲电压作为激励源,对电场仪进行标定。为此,通过实验和数值仿真分析了有界波模拟器的有关性能。实验结果表明:在标定时可去除模拟器的终端匹配器。从计算结果可见:电场仪屏蔽壳体会扰动被测电场,使周围电场有所增大,这样的扰动可模拟实测时的情况,标定时可不予考虑;而当电场仪的高度超过有界波模拟器工作空间高度的1/3时,会对工作空间场分布产生较大影响,故在标定中要设法避免。     

一种大型阵列天线散射特性快速计算方法

:针对大型阵列天线的散射特征,提出了一种基于区域分解方法计算大型相控阵天线散射特性的快速计算方法,将相控阵天线的散射计算问题分解为求解反射板和辐射天线阵列两个子区域的问题,使以前不能在PC机上计算大型阵列天线的散射问题得以解决,并且计算速度快。该方法已经在工程中得到应用,通过与实测数据进行对比,计算精度可以达到±1 dB 以内。该方法在保证计算精度的同时可以大大降低计算复杂度,极大地提高了计算效率,为大型相控阵天线RCS预估提供了一种高效、可靠的解决方法。     

一种电磁脉冲同步触发系统

电磁脉冲效应实验是对被试系统的模拟实验,在模拟器下开展,实验中需要测量被试系统内部的耦合场、感应电流和电压等效应参数。随着测量规模的增大,需要研制一种新的电磁脉冲同步触发系统,用于解决电磁脉冲效应实验参数测量中多台示波器的同步触发问题。该种电磁脉冲同步触发系统包括一种电磁脉冲效应实验触发信号测量系统和一种触发方法。效应实验触发信号测量系统放置于模拟装置下,用于测量触发信号。一种触发方法通过触发信号和同步触发装置去同步触发多台示波器。通过多次实验验证,该同步触发系统具有高可靠性和高稳定性,可以完成多台示波器的同步触发,在工程应用中实用性强,保证了实验的顺利完成。     

基于地面电场变化的输电线路弧垂监测技术

本文设计了一种基于地面电场变化的输电线路弧垂监测技术,该技术通过输电线路下地面场强的计算可以反演出线路的弧垂大小。技术首先考虑电场测量数据受外界环境因素和测量条件的影响,采用RBF神经网络与一般神经网络相结合的方式建立导线原始测量数据的测量数据修正模型,使修正后的测量数据逼近理想条件下的数据。其次采用本文提出的测量数据修正技术,对场强测量数据进行修正,从而得到输电线路下地面场强的精确值。再次,基于三维输电导线电场计算模型的建立,根据导线下方电场的实时测量数据,在三维电场模型下利用本文设计的基于电场信息的输电线路弧垂反演计算方法得到弧垂值。从次,通过设计基于场强变化的输电线路弧垂监测系统,对弧垂进行监测和报警,保证了输电线路的安全可靠运行。最后,对比某条典型输电导线的测量数据,验证了该算法的有效性。     

静电放电电磁脉冲均匀辐射场模拟

为了研究静电放电电磁脉冲（ESDEMP）的特性,利用传统的静电放电电磁脉冲产生方法,通过静电放电模拟器在静电放电抗扰度试验平台上放电,产生了静电放电电磁脉冲,并测出了静电放电电磁脉冲的时域波形和频谱。在研究电磁脉冲模拟器的基础上,首次通过ESD模拟器和GTEM室的结合,在GTEM室内产生了均匀的、重复性和线性好的ESDEMP。实验表明,用TEMP室、GTEM室等大型装置产生均匀静电放电电磁脉冲辐射场的方案是可行的。     

光纤传输脉冲电场传感器的时域校准

介绍了一组适用于0.1 V/m～25 kV/m动态范围内电磁脉冲电场传感器时域校准的标准场产生装置,对一套采用光纤传输的脉冲电场传感器的性能进行了测试,获得了传感器的电压/场强灵敏度系数、脉冲响应特性和稳定性.并通过实验室间比对进一步评估了该套测量装置的性能.     

精确稳定求解时域电场积分方程的一种新方法

时域电场、磁场和混合场积分方程已被广泛用来分析散射体的时域散射响应.基于适当的空间积分方法和隐式的时间步进算(MOT)法在求解时域磁场和混合场积分方程时总是稳定的,然而在求解TDEFIE时则是不稳定的.在本文中,时域电场积分方程的非奇异性积分采用标准的高斯求积法来计算;而利用参数坐标变换和极坐标变换将其奇异性积分转换成为可以分区域精确快速计算的非奇异性积分.通过数值实验表明,利用该方法可以非常精确稳定地求解时域电场积分方程,即使是在时间迭代后期也不必采用任何求平均的过程;另外,该方法可以用于任意时间基函数并可以推广到高阶空间基函数的情形.     

雷电电磁场理论计算与模拟技术研究

为研究雷电电磁脉冲场对电子设备的电磁损伤机理和防护加固技术，在雷电电磁脉冲场理论计算的基础上，采用冲击电压发生器与GTEM室相结合，研制了雷电电磁环境模拟系统，其电场强度可高达400kV／m。通过改变模拟器的波头和波尾电阻，可方便地改变电磁脉冲场的前沿时间和半值时间，满足对各种雷电电磁环境模拟的需要。     

基于克尔晶体的FROG光学任意波形测量技术

利用光克尔效应和交叉相位调制效应,采用基于矩阵的主元素广义投影(PCGP)算法,提出了基于克尔晶体的频率分辨光学开关法(FROG)光学任意波形测量方案.建立了基于克尔晶体的FROG光学任意波形测量的理论模型,并对该方案进行了仿真研究,讨论背景噪声处理、门函数形状、门波形幅度对波形恢复的影响.仿真结果表明:该方案可以实现对光学任意波形的幅度和相位的准确测量;门脉冲采用矩形波形时,光学任意波形的测量准确性较高.     

高精度纳秒强电磁脉冲集成光学电场传感器性能分析

基于铌酸锂(LiNbO₃)结构研制了一种采用马赫-曾德尔干涉仪与领结天线的、可用于纳秒强电磁脉冲测量的高精度电场传感器。通过实验对传感器性能进行了验证,结果表明:该传感器在对纳秒电磁脉冲上升时间、下降时间与脉冲宽度的测量中,最大误差分别仅为3.9%、4.3%与0.3%,测量数据线性度达到0.9991,最小/最大可测电场强度分别达到3kV/m和50kV/m。     

差模定向注入等效替代强电磁脉冲辐射效应试验方法

针对电子信息装备强电磁脉冲辐射效应试验的技术需求，考虑到传统直接辐射效应试验方法费效比高、试验频点和辐射强度不便调节等缺点，提出了一种基于"差模定向注入-线性外推"原理的注入试验新方法.采用定向耦合器级联和强耦合设计方案，构建了具备干扰信号注入和前向信号监测功能的辅助试验设备，给出了基于频域传递函数法的等效注入波形获取方法，在此基础上总结归纳了差模定向注入等效替代强电磁脉冲辐射效应试验的方法步骤.以某型数据链收发组件为受试对象，分别开展了超宽带电磁脉冲和窄带高功率微波辐射与差模定向注入试验，试验结果验证了差模定向注入等效试验方法的有效性.