混响室发射天线位置优化仿真及实验

为提高混响室测试区域的场均匀性,在分析发射天线影响场均匀性原理基础上,采用基于矩量法的电磁仿真软件FEKO对混响室仿真模型进行数值计算,通过与遗传算法相结合研究了混响室发射天线的位置对测试区域场均匀性的影响,得到了优化后发射天线位置及相应的表征混响室测试区域场均匀性的电场标准偏差值。优化后,测试区域场均匀性较优化前有所改善,并通过实验验证了该优化仿真方法的正确性。

双发射天线对混响室场性能影响的数值分析

提出了双天线激励混响室的方法,研究了双天线激励对混响室场性能的影响。分析了双天线改善混响室场均匀性的原理,对单天线激励下的混响室模型以及处于不同位置的双天线激励下的混响室模型进行了仿真计算,从场均匀性和场强两个方面研究了双天线对混响室场性能的影响,对双天线影响场强的机理进行了分析。研究表明:采用双天线激励改善了混响室工作区域的场均匀性;采用双天线可以降低对功率放大器的要求,降低大型混响室测试成本。最后对双发射天线在大型混响室中的应用进行了探讨和展望。

混响室关键配置对场分布影响分析

从仿真计算、实验验证、理论分析三方面研究了混响室内发射天线位置、搅拌器位置及形状对混响室场分布的影响。采用遗传算法分别对混响室的发射天线位置、搅拌器位置及形状、混响室全局进行了优化。研究表明:相对于对发射天线位置进行优化,对搅拌器位置及形状进行优化得到的场均匀性更佳,综合评价函数值F随初始群体中的个体变化更剧烈,说明场分布对搅拌器的变化更敏感;而对混响室全局优化场均匀性最好,F随初始群体中的个体变化也最剧烈。理论分析验证了仿真结果的正确性。

基于遗传算法的混响室桨叶夹角优化数值分析

采用电磁仿真软件FEKO对混响室仿真模型进行数值分析,以表征混响室测试区域场均匀性的电场标准偏差值为目标函数,结合遗传算法对混响室搅拌器桨叶夹角进行优化,得到了桨叶夹角的最优解以及相应的测试区域的电场标准偏差值.研究表明,桨叶夹角处于最优配置时,测试区域各轴向电场标准偏差较初始状态分别下降了23.5%,28.8%,73.0%,总标准偏差下降了44.1%,说明通过优化改善了测试区域的场均匀性,提高了混响室用于电磁兼容测试时的准确度.

混响室搅拌器位置优化的数值分析

为研究混响室搅拌器位置对测试区域场均匀性影响,采用基于矩量法的电磁仿真软件FEKO对混响室仿真模型进行数值计算,通过与遗传算法相结合对混响室搅拌器位置进行优化,得到了搅拌器位置的最优解以及相应的表征混响室测试区域场均匀性的电场标准偏差值。研究表明:搅拌器位置影响测试区域场均匀性,当搅拌器位置处于最优配置时,测试区域各轴向电场标准偏差较初始状态分别下降了47.4%、20.1%、57.1%,总标准偏差下降了44.0%,测试区域场均匀性较优化前有所提高,提高了混响室用于电磁兼容测试时的准确度。

双天线激励混响室场均匀性研究

采用电磁仿真软件FEKO分别建立单、双天线激励混响室仿真模型，通过计算混响室测试区域电场标准偏差值研究混响室场均匀性。研究表明：与单天线激励混响室相比较，混响室工作于双天线激励条件时，测试区域各轴向电场标准偏差平均下降了15．3％，总标准偏差下降了21．9％，改善了测试区域场均匀性，这说明双天线激励混响室可提高场均匀性，同时利用双天线的功率合成解决了混响室大功放问题。

基于赋权灰色关联分析的药型罩的结构优化

为研究圆锥形药型罩的锥角、锥径、壁厚3个参数对聚能射流效果的影响程度并优化药型罩结构,设计三因素四水平的正交试验,采用ABAQUS软件对聚能射流破甲进行仿真模拟,利用赋权灰色关联法分析射流破甲正交试验结果,得到药型罩的锥角、锥径、壁厚与射流破甲效果的关联度。结果表明:锥角对聚能射流破甲效果影响最大,锥径、壁厚的影响次之。最佳聚能射流破甲效果的药型罩参数组合为:圆锥角61.2°、圆锥半径18 mm、壁厚1.05 mm。最佳参数组合下,聚能金属射流最大速度为5855 m∙s^(-1),侵彻靶板深度为59.43 mm,侵彻靶板开口直径为8.24 mm。研究结果可为聚能射流的侵彻应用提供相关理论指导。

混响室时域有限差分数值模型的快速计算方法

应用时域有限差分(FDTD)法对混响室进行时域建模仿真,结合快速Fourier变换(FFT)可得到混响室的宽频响应,但由于混响室本质上属于高品质因数(Q)的谐振腔体,仿真时往往遇到计算时间冗长的问题。为克服该问题,基于腔体储能衰减规律,推导出了混响室内电场强度衰减与Q值的关系式,实现了混响室损耗后处理方法。该方法可预估混响室时域仿真所需的时间步数,由一次无损耗仿真结果,可实现混响室在不同损耗程度下的数值模型快速计算。对实际混响室进行数值建模,模型计算结果与实测数据一致性较好,验证了提出方法的正确性。仿真发现:混响室的场均匀性随工作频率增大而变好,而当损耗程度大于实际情况时,场均匀性会出现一定恶化。该处理方法为混响室和其他电磁腔体的时域3维全波快速仿真提供了新思路,具有参考价值。

采用双馈源的混响室场性能优化数值分析

为了优化混响室的场性能,提出了采用双馈源的混响室设计思想,从原理上对混响室采用双馈源的可行性进行了分析,并采用矩量法分别对单双馈源条件混响室进行数值模拟计算,从场强大小和场均匀性两方面研究了采用双馈源对混响室场性能的影响。数据结果表明,采用双馈源时能显著改善混响室工作区域的场均匀性能,并且要产生相同大小的场强,采用双馈源能降低对功率放大器的要求,进而降低混响室的测试成本。

强电磁场环境下屏蔽效能测试新方法

为评价屏蔽材料对强电磁场的屏蔽效能,提出了一种在吉赫横电磁波传输室(GTEM室)内放置屏蔽箱的屏蔽效能测试方法,即屏蔽箱法,并阐述了测试系统组成.通过对同一种材料进行屏蔽效能测试,分析了该方法与屏蔽室法、法兰同轴法的屏蔽效能测试结果,结果表明:采用屏蔽箱法得到的屏蔽效能测试结果与另两种方法一致,说明该测试方法合理、技术可行.然后应用该测试方法在强电磁场环境对能量选择表面材料进行了屏蔽效能测试,测试结果真实反映测试材料的屏蔽能力,说明该方法适用于强场环境下的屏蔽效能测试,并能够分析强电磁脉冲作用下材料屏蔽效能与场强大小和极化方向的关系,弥补了屏蔽室法和法兰同轴法的不足.

传输线馈电的混响室时域仿真与实验验证

归一化场强是对混响室仿真结果进行实验验证的重要参量,而品质因数是表征混响室性能的关键指标。为了简化归一化场强的计算并实现对品质因数的合理评估,给出了适用于一般线天线端口的传输线式馈电模型,通过参数的对比验证了该馈电模型的正确性,并从混响室储能平衡角度,推导出品质因数关于归一化场强的关系式。采用该馈电模型,应用时域有限差分算法对实际混响室进行了数值仿真,并对几个代表性频点做了实验验证。结果表明:应用该馈电模型并将空气区域电导率设置为20μS/m,得到的归一化场强平均值逼近于实测结果,而品质因数随频率升高呈振荡上升的趋势。这为混响室的优化设计和品质因数的数值评估提供了新思路。

能量选择表面材料防护性能研究

介绍了一种新型电磁屏蔽材料:能量选择表面,分析了其屏蔽原理和结构组成,从理论方面研究了能量选择表面在不同辐照场强下呈现的阻抗及入射场强与透射场强的关系,并对材料在连续波和电磁脉冲作用下的防护性能进行了试验研究.研究表明,在连续波作用下,材料的防护性能随着辐照场强的增大而增强,并且延迟时间随着辐照场强的增大而减小;在电磁脉冲作用下,屏蔽材料对于脉宽较窄的电磁脉冲不具有防护能力,原因是构成材料的二极管导通存在延迟时间,电磁脉冲的脉宽小于二极管导通延迟时间,并提出了相关解决方案.

采用同轴锐化技术的快沿脉冲模拟系统研制与测试

为了模拟满足MIL-STD-464A规定的高空核电磁脉冲,利用Marx发生器作为核电磁脉冲源,使用有界波传输线作为场形成装置,成功地研制了核电磁脉冲(HEMP)模拟系统。该系统采用同轴线分布电容作为锐化电容,具有电感小,阻抗匹配的特点,测量结果表明:合理选择参数可以在有界波传输线内产生上升时间<2ns、半波宽度约23ns,幅度范围35～105kV/m连续可调的电磁脉冲场,能够满足MIL-STD-464A中RS105规定的HEMP电磁脉冲场的要求;输出波形的峰值场强、波前时间和半波宽度的变异系数表明该模拟器具有良好的重复性;并且传输线内的峰值场强和Marx发生器的充电电压有较好的线性关系。

一个重大而紧迫的课题:改写“创新赤字”

据统计,从公元6世纪到17世纪初,在世界重要科技成果中,中国所占的比例一直在54%以上,而到了19世纪,剧降为0.4%。17世纪中叶之后,中国的科学技术就开始江河日下。那是一个儒家正统思想逐步走向制度化的时代,人的本性被压抑、人们的创造活力被压制。直到今天,其负面影响还时隐时现于我们生活的方方面面,有形无形地左右着我们的思想观念。

基于镜像对称的多馈源混响室扩展方法研究

提出了基于镜像对称的多馈源混响室扩展方法,给出了镜像对称扩展混响室改善工作区域场性能的原理,对单混响室及镜像混响室模型进行数值模拟计算,并设计了3组仿真实验从场强大小和场均匀性两个方面验证镜像混响室改善工作区域场性能的可行性。实验结果表明:单混响室镜像对称组合扩展后,在成倍扩展混响室及工作区域体积的同时,工作区域场强增大,场均匀性有所提高,解决了混响室体积扩展与场强减小以及变频场均匀性恶化的矛盾;通过发射天线同时馈入相同功率即多个小功放合成的方法解决了混响室高场强问题,降低对功率放大器的要求,进而降低混响室的测试成本。

混响室三维数值仿真的研究进展

基于混响室理论及数值仿真的特点,对比了用于混响室仿真的频域和时域算法,讨论了仿真模型的验证方法;回顾了混响室频域仿真的研究动态,阐述了利用时域有限差分算法对混响室进行时域仿真的方法步骤,结合激励源的选择探讨了宽频仿真和频率搅拌的实现,指出损耗处理是混响室时域仿真的关键问题,并分析了2种处理损耗的方法;对计算时间做出对比分析.

天线宽频辐射功率的FDTD数值计算

为了实现混响室的仿真电场值与实测值的直接对比，需要计算发射天线的宽频辐射功率．基于坡印廷矢量的面积分，利用时域有限差分算法和快速傅里叶变换，得到了天线宽频辐射功率的快速计算方法．应用该方法对半波偶极子天线和短偶极子天线进行数值仿真，通过仿真值与理论值的比较，验证了该方法的正确性．该方法适用于任何能够用FDTD进行合理建模的电磁设备的辐射功率计算，且一次计算即可得到宽频辐射功率，不仅为混响室仿真结果的归一化打下基础，而且也是分析其他电磁设备宽频辐射特性的可行方法．

结构设计对混响室场性能影响的仿真研究

通过仿真计算，分别研究了尺寸比例设计对混响室场均匀性的影响和体积变化对混响室电场强度大小的影响。数据结果表明：混响室内工作区域的场均匀性随着混响室长／宽比值增大而变差，且为获得场均匀性较优的测试环境，长宽比例应〈2。同时证明了混响室存在一临界体积上限，小于临界体积上限时，随着体积的增大，室内的电场强度逐渐减小，场均匀性逐渐提高；达到临界体积上限后，室内的场均匀性开始变差，混响室逐渐丧失对电磁波的混响作用。通过仿真计算得出混响室模型临界体积上限为10^4m^3。

应用改进的矩阵束方法加速混响室时域仿真

为了减少混响室时域全波仿真的计算量,首次对混响室时域响应的预测做出探索研究。以改良矩阵束方法为基础,提出一种计算效率更高的矩阵束方法,并验证了该方法的正确性与稳定性。用复指数幂求和式对混响室的时域波形进行拟合,利用该方法能够高效求解出拟合式中的各极点,实现了对混响室时域响应的近似外推。由电场强度的前20 000步计算结果,可快速预测得到后20 000步响应,发现束参数比例取0.62左右时,对多个采样点的电场均可得到良好的预测效果,可保证仿真与预测相结合得到的结果与真实结果的频域相对误差小于15%。这种结合预测的仿真算法可节省计算量约50%。

镜像对称结构对多馈源混响室场性能的影响

为解决混响室大体积与场性能高要求之间的矛盾,提出了一种基于镜像原理的多馈源混响室的设计思想,从原理上分析了镜像多馈源混响室的可行性和有效性,并通过仿真计算研究了镜像双馈源混响室的场性能。结果表明,在输入功率一定时,两个单混响室系统组合成镜像双馈源混响室后,在工作区域的场均匀性能不下降的基础上,不但可用于电磁兼容测试的工作区域体积大幅度增大,而且测试区域的电场强度也得到了提高。同时,对镜像多馈源混响室进行了进一步的扩展分析,得出了组成镜像多馈源混响室的单混响室系统数量的理论表达式。