高功率微波与射频模块耦合仿真研究

针对高功率微波(以下简称:HPM)对集成电路的耦合效应问题,利用电磁仿真软件对某型射频模块模型进行高功率微波辐照仿真;研究并计算频率为1GHz、3GHz和5GHz的HPM在射频模块上的耦合信号与电磁分布情况。结果表明:射频模块中,部分电容的电流、电感的电压与HPM频率呈正相关趋势,且当天线的中心频率与HPM频率越相近时,芯片的天线端口耦合的电压越大。

均匀地层中单个砾岩对阵列感应响应的影响机理分析

单个砾岩对阵列感应测井的影响机理研究是复杂砾岩地层中响应特性研究的基础.建立单个砾岩中的阵列感应测井响应计算模型,研究使计算有效的网格剖分方法,计算分析砾岩空间位置、背景电导率及砾岩尺寸分别变化时的阵列感应测井响应.数值计算砾岩地层中井眼周围旋涡电流的空间轨迹,揭示了砾岩地层的阵列感应测井响应机理:非导电砾岩使井眼周围涡流产生复杂的非对称的空间分布,接收线圈中产生的二次磁场方向发生变化,对阵列感应不同长度子阵列的影响由短到长逐渐减弱.

基于COMSOL仿真软件的阵列感应测井偏心响应计算方法

研究了基于有限元仿真软件COMSOL的阵列感应测井偏心响应数值计算方法。通过解决偏心模型的建立、地层大小的选取、网格剖分设计和求解器的选取等问题,高效准确地计算出阵列感应测井仪器MIT的偏心响应。均匀地层COMSOL仿真软件计算结果与解析解的相对误差最大为0.369 796%,能够较好地满足计算精度,计算数据可靠有效。应用COMSOL仿真软件对阵列感应测井仪器MIT建立偏心响应数据库,对偏心严重的响应绘制图版进行分析,可有效分析偏心对视电导率的影响。

三维数值计算中感应测井仪器加源方式的讨论

根据电磁场理论,建立感应测井仪器相应的数学模型和物理模型,通过加不同方式的源(线圈源和点磁偶极子源)和采用不同的接收方式(线圈接收和点等效接收),进行数值计算并对结果的计算误差做以比较,讨论相应模型加何种源比较合理。

侧向测井中的电流线绘制与应用研究

电流线在直观了解侧向类测井仪器探测特性方面具有重要的作用。研究基于有限元计算离散电位的电流线绘制方法,解决了离散数据电流线绘制中的步长选择、方向抉择、突变处理和终止控制等问题,用MATLAB编写绘图程序。以双侧向测井电流线绘制为例,分析均匀、高侵和低侵、围岩带侵入等地层中的双侧向测井探测特性,验证电流线绘制方法的合理性。该方法可推广应用于其它侧向类测井的电流线绘制与探测特性分析。

恒定电流场中两层导电介质表面电荷分布特征研究

恒定电流场中电荷面密度的分布特征研究对了解恒定电流的流动特性具有重要意义.利用镜像原理推导出两层无限大导电介质中放置发射和回路电极时在介质交界面和介质与空气交界面上表面电荷密度分布公式.用COMSOL软件数值计算两层导电介质有限大小时的电荷面密度.结果表明,均匀介质中的介质与空气交界面上,发射电极一侧为正电荷,回路电极一侧为负电荷,中间无电荷.两种不同导电介质交界面电荷正负由两侧电阻率差决定,两侧电荷面密度大小与电导率成反比.有限大小介质中,数值计算定量揭示了介质与空气交界面上的角、边和不同介质交界线的电荷分布特性,它们依赖于发射电极和回路电极的位置以及表面几何结构.

栅格式排气孔HIRF效应响应机理分析

位于飞机发动机风扇罩底部位置的栅格式排气孔主要用于排出冷却后的气体,但其易成为高强度辐射场(HIRF)的耦合路径。通过数值计算方法对某客机的栅格式排气孔模型进行仿真研究,计算分析不同频率HIRF环境下的栅格式排气孔屏蔽效能,研究了含栅格孔的腔体模型及平板模型的HIRF效应。研究结果表明,随着频率升高,HIRF信号通过栅格孔透射进入腔体内部导致内部电场增强明显;腔体效应产生的谐振多于孔缝效应,但两种模型的谐振类型在某些点一致。以上结果可以为高强度辐射场的孔缝透射效应提供参考。

调校环境金属体对阵列感应测井信号的影响分析

阵列感应测井仪器在进行参数调校时周围环境金属体对其具有非常严重的影响。设计基于球形求解区域外围加映射无限元的计算模型,解决金属体电导率和空气电导率相差多个数量级难以准确计算以及网格数量多计算时间长等问题,提高了计算精度、迭代收敛性以及计算稳定性。计算小金属体和柱形金属体对仪器影响,小金属体对阵列感应测井仪器响应具有与几何因子相反的特性;柱形金属体对每个阵列的影响随距离增大呈现快速振荡衰减,3m以外的影响可以忽略。实际测试验证了同样的特性,但影响更严重。计算模拟金属刻度环和刻度电阻的影响,验证最佳刻度点选取的有效性。当刻度电阻大于4Ω,测量信号近似线性变化;小于4Ω时,测量信号非线性逐渐增大。这些结果对阵列感应测井仪器的调校和测试环境设计具有重要的实际意义。

纽扣式雷电分流条对雷达天线罩的传输影响分析

传统的金属雷电分流条难以满足高频雷达天线罩的电磁波传输要求,而纽扣式分流条可以兼顾防雷和电磁波传输。通过仿真和试验对比分析雷电分流条的电磁波传输特性,使分流条电磁波传输性能研究模型化。分析纽扣式分流条的电磁波传输机理,同时研究金属片形状、金属片间距和天线频率对雷达罩电磁波传输性能的影响。结果表明:金属分流条对雷达罩的电磁波传输性能影响严重,合理设计的纽扣式分流条可以有效传输电磁波;纽扣式分流条的金属片形状对电磁波传输影响明显,金属片横向越宽,对电磁波传输影响越大,圆形结构电磁波传输性能最差,窄菱形结构电磁波传输性能最好;纽扣式分流条的金属片间距对雷达罩的电磁波传输影响不大,主要影响其击穿电压;同一形式的纽扣式分流条,天线频率越高,电磁波传输性越差。

栅格式排气孔雷电电磁效应机理分析

飞行器上存在不可避免的孔缝,使得飞机遭受雷击后电磁场从孔缝处透射。文章研究了飞机上真实孔缝结构——栅格式排气孔对飞行器内部电磁场的影响,选择传输线矩阵时域求解器分析了不同雷电流波形(A和H)下排气孔以及排气孔周围蒙皮材料变化时的电磁场分布情况。结果表明:沿孔缝表面垂直向内会有一定的电磁场透射,向内超过200 mm以后,电磁场透射强度低于外部电磁场的1.5%,因此其影响范围主要在200 mm以内;蒙皮材料不同时,距排气孔较近的地方,内部电磁场差异较小,距排气孔较远的地方,内部的电磁场差异较大。

飞机雷电初始附着仿真方法研究

应用数值仿真的方法判断飞机雷电初始附着情况,为飞机的雷电分区提供依据。仿真飞机在平板电极和棒电极模拟的雷电环境下的电势分布,通过飞机表面的电势分布大小判断飞机表面尖端部位是否会成为雷电的入点或出点。通过对电势的归一化处理,为整机的雷电初始附着提供统一基准。

民用航空发动机短舱雷电防护设计及验证

为了有效降低短舱雷电防护设计和验证的难度,针对短舱的雷电防护设计和验证,提出一种导电路径仿真与关键连接结构仿真、试验迭代的研究方法。对整个短舱进行雷电流传导路径设计及简化建模,分别讨论不同传导路径方案对雷电直接效应和间接效应的影响。结果表明:优化的多路径传导可有效减小传导结构的雷电流分量和短舱内的脉冲电磁场;依据整体短舱电流分布仿真结果,可导出具体连接结构的电流分量作为其设计和验证的依据。所提出的方法可作为短舱雷电防护设计和验证的理论依据。

风电机组机舱法拉第笼雷电屏蔽特性仿真分析

风电机组非金属材料的机舱罩壳一般会设置法拉第笼,起接闪导流和雷电电磁屏蔽的作用,而屏蔽特性与法拉第笼的网格结构相关。本文将法拉第笼进行数值建模,计算雷电流传导时的雷电电磁环境,评估法拉第笼对雷电电磁场的屏蔽特性。分析结果表明:(1)网格较大的法拉第笼对雷电电磁场几乎无屏蔽效果,但是法拉第笼对雷电流起到了良好的分散作用,使其局部电流密度变小,导致空间电磁场减小;(2)如果法拉第笼对雷电电磁场有屏蔽效果,则法拉第笼网格要尽可能密,最佳效果是在非金属材料的机舱罩壳上铺设雷电防护金属网;(3)机舱罩壳通过铺设雷电金属网,形成的法拉第笼可以有效地对雷电电磁场和其它干扰进行屏蔽,极大净化机舱内部的电磁环境,降低内部电子设备雷电间接防护等级,可有效减少机舱内电源系统和信号系统浪涌保护器(SPD)的配置。本文数值计算结果为风电机组机舱的雷电电磁环境研究提供了重要的数据和理论支撑。

基于片段式导流条的机载天线防雷研究

机载天线的雷电防护不可忽略,同时天线罩的透波问题也至关重要。文章设计基于片段式导流条的机载天线雷电防护方案,验证防雷方案的有效性,仿真计算片段式导流条对机载天线罩的透波影响。结果表明:基于片段式导流条的雷电防护方案有效可行,不但可以较好的对雷电进行防护,而且对天线罩的透波影响几乎可以忽略。

民用航空飞机短舱系统雷电直接效应仿真分析方法探析

民用航空飞机短舱系统大量采用复合材料作为其主体结构材料,造成雷电直接效应防护的设计及验证难度大,试验成本高。据此提出了一整套以仿真分析为主的雷电直接效应防护设计及验证方案,可降低由于设计构型更改而增加的试验成本。

含复合材料蒙皮和框架结构的复杂系统雷电直接效应防护方法浅析

民用航空飞机大量采用复合材料作为其蒙皮和框架结构,导致雷电防护设计和验证难度大。本文针对此类复杂对象雷电直接效应防护工作提出一种通过整体简化模型进行雷电流路径仿真,采集局部电流,对局部结构的精细化仿真分析和试验验证相结合的雷电直接效应防护方案,并对仿真可信度进行评估。可极大减小验证周期、降低研发和验证成本。

基于仿真方法的铺设防雷金属网的CFRP电磁屏蔽特性分析

防雷金属网主要用于碳纤维复合材料(CFRP)蒙皮雷电直接效应的防护,同时金属网和CFRP共同对高强度辐射场(HIRF)产生屏蔽效果。通过有限元仿真的方法,提取铺设有防雷金属网的CFRP蒙皮单元进行精细建模,设计二端同轴传输线屏蔽模型,采用S参数计算屏蔽效能(SE)。计算分析在HIRF环境下,铺设有防雷金属网CFRP蒙皮的SE。结果表明:(1)防雷金属网在较低频段有较好的SE,随着频率增大,孔缝效应导致SE明显下降。当信号超过800MHz时,SE低于40dB,40G时SE仅为6 dB左右;(2)铺设有防雷金属网后的CFRP在整个频段都有较好的SE,低频段主要以铜网屏蔽为主,弥补了CFRP在低频段屏蔽不足;在高频段主要以CFRP的屏蔽为主,弥补了金属网在高频段屏蔽不足。整体的SE不是两者相加关系,单独评估金属网或CFRP的SE都不足以衡量有雷电防护的CFRP蒙皮SE;(3)CFRP的电导率、铺层角度和铺层顺序都会对有雷电防护的CFRP蒙皮SE产生一定的影响。研究结果对飞机蒙皮设计阶段的电磁屏蔽评估具有重要的理论指导意义。

风电机组玻纤叶片雷电接闪器布局仿真分析

风电机组叶片雷电防护需要考虑整机叶片动态变化对空间电势的影响。雷电环境模型化,用平板电极模拟整个风机在雷电环境下“势”的分布,棒电极模拟雷电下行先导到达叶片周围时叶片上行先导的选择。计算叶片长59 m和79 m的风电机组感应电场分布和空间的电势分布,对比分析0°上叶片尖端处的感应电场,评估两种长度叶片的雷电防护区域,同时设计了叶片(长59 m)的接闪器布局。研究结果表明:1)雷电环境下,越靠近叶尖感应电场越大;2)叶片越长,雷电防护设计时应考虑更小角度试验验证。59 m叶片虑到21°,79 m叶片需要考虑到17°;3)叶片越长,叶尖端需要防护的区域越大。59 m叶片距叶尖13.4 m区域需要重点防护,占整个叶片的22.7%;79m叶片是距叶尖32.9 m区域需要重点防护,占整个叶片的41.6%。4)59 m叶片防雷系统设计时,叶尖接闪器和第一组叶身接闪器间距为2.7m,第一组叶身接闪器和第二组叶身接闪器的间距为7.5 m,第二组叶身接闪器和第三组叶身接闪器的间距为14 m,第三组接闪器可以选择安装。数值分析结果为风机叶片的接闪器布局提供重要的数据和理论支撑。

风机叶片雷电引下线雷电流传导仿真分析

雷电引下线是风机叶片防雷系统的组成部分,是雷电流传导的重要结构.建立了引下线通时变雷电流的电磁-热数学模型和物理模型,分析了电流在引下线中的传导机理,雷电流分布有很强的趋肤特性.提出衡量引下线材料利用率的方法,结合温升特性分析了引下线时变电流传导特性.进而计算了不同引下线结构(单芯引下线和多芯引下线)的瞬态电流分布和温度分布,分析了其材料的利用率和温升特性.结果表明:单芯引下线材料利用率较低,增加横截面积材料利用率不能有效提高;多芯引下线材料利用率高,芯数越多,材料利用率越高,温升越小,同时需要芯线之间有一定的绝缘处理.数值计算分析结果为风机叶片雷电引下线的设计提供了重要的数据支撑及理论依据.

机载设备射频雷电抑制器的小型化设计

机载通讯系统中射频雷电抑制器的设计和安装需要考虑减小体积和降低重量。为了实现小型化设计,分析了射频雷电抑制器的工作原理,设计了绕线式结构的射频雷电抑制器的仿真模型,分析了不同绕线线芯的半径和绕线线芯到同轴线外导体表面间距对雷电抑制器工作带宽的影响。制作了线芯半径为0.25 mm,线芯距同轴线外导体表面1.5 mm,体积为30 mm×15 mm×15 mm,质量为35 g的小型雷电抑制器样品。样品的测试结果与仿真计算结果进行对比,结果表明:插入损耗和电压驻波比基本一致,在2~3 GHz内通信性能良好。根据RTCA/DO-160G标准对样品进行了雷电瞬态感应冲击实验,实验结果表明:该样品雷电抑制性能良好。