Simplified Calculation Method for Transient Field of Transverse Electromagnetic Horn Antenna Used by High-altitude Electromagnetic Pulse Simulator

For conveniently calculating the radiated electric field of transverse electromagnetic(TEM) horn antenna,an approximate simplified analytical calculation method is suggested.This method divides the horn to a system of V-antennas and superimposes the fields of all V-antennas to obtain the field of the TEM horn.The method is compared with the traditional analytical method and numerical method.The obtained results suggest that the proposed method is valid,simple and that it can fastly calculate the radiated electric field of the TEM horn antenna in an arbitrary space with an arbitrary excitation voltage.Based on this method,radiation of the TEM horn antenna of a high-altitude electromagnetic pulse(HEMP) simulator is simulated.Rise time,pulse width,peak value of electric field,and field distribution are analyzed.Results show that the TEM horn antenna can be used in HEMP simulators: the near field waveform is closer to the standard waveform than to the far field waveform; the standards for the rise time and the peak value of electric field are easily satisfied; the pulse width of the radiated field can be increased by broadening the pulse width of an excitation source and by making the antenna of a proper

基于TEM喇叭的电磁脉冲辐射天线优化设计

针对TEM喇叭天线终端反射大、低频辐射效率低的问题,对其进行了仿真优化设计。采用时域分析方法,分析了端部加载电阻与背部加载电阻的低频补偿方法,对TEM喇叭天线的尺寸、极板顶角等结构参数进行了优化,采用末端卷边结构,提升了辐射场的峰值场强与脉宽。根据仿真优化结果,研制了长度2.5 m、天线极板间张角45°、天线极板顶角45°的TEM喇叭天线,通过实测验证了仿真结果。结果表明,加载电阻可以有效降低反射,背部加载电阻方式的峰值场强和脉宽比端部加载电阻高,且采用4个电阻并联加载的效果较好;适当增加天线长度、极板顶角以及极板间夹角可以提高天线辐射性能。该研究结果为TEM喇叭天线在辐射式核电磁脉冲试验系统的应用提供了参考。

辐射式核电磁脉冲模拟器TEM喇叭天线

针对辐射式核电磁脉冲模拟器采用TEM喇叭天线作为辐射天线时低频辐射能力有限的问题,对板型和线型两种基本形式的TEM喇叭天线进行了分析。在采用线型TEM喇叭天线以减轻模拟器重量的基础上,在天线末端采用螺旋线结构,并增加屏蔽板回路,构造了一种新型TEM喇叭天线。结果表明:与普通线型TEM喇叭天线相比,该新型天线较大地提高了低频辐射性能,可使近场波形脉宽提高7ns左右,峰值场强提高了1kV/m左右;通过增大螺旋线半径和提高螺旋线密度可以提高峰值场强,增加近场波形脉宽;通过屏蔽板回路可以降低反射波纹的波峰从而改善近场波形。

基于TEM喇叭的辐射波模拟器天线辐射性能研究

研究了基于TEM喇叭天线的辐射波模拟器天线性能,分析了天线性能参数如结构角、天线长度、宽高比等对天线辐射性能的影响。为了提高天线低频辐射能力,提出了2种增加天线有效长度的方法,结果表明两种方法均在一定程度上对辐射场波形有所改善。在天线长度的选择符合工程实际的条件下,通过选择合适的宽高比和增加天线有效长度的方法取得了较好的场波形。

恒阻抗TEM喇叭天线设计关键问题研究

恒阻抗TEM喇叭天线具有沿轴线方向特性阻抗为一恒定值的特点,所以喇叭内的反射损耗非常小,常用于超宽带电磁脉冲的辐射与接收。为了提高恒阻抗TEM喇叭天线远场主射方向脉冲峰峰值,通过数值仿真和实验测试研究了天线口径以及特性阻抗值与远场主射脉冲的关系。研究发现,天线沿主轴方向长度一定时,脉冲源通过50Ω同轴线直接向天线馈电,远场主射方向脉冲峰峰值先随天线口径增大而迅速增加,当口径达到某一值时,脉冲峰峰值达到最大值,如果继续增大口径,脉冲峰峰值开始缓慢下降。对于各个特性阻抗值不同的TEM喇叭天线,当它们分别选取上述峰峰值最大对应的口径时,280Ω的恒阻抗天线远场主射方向脉冲峰峰值最大。

超宽谱电磁脉冲辐射场测量系统

介绍了一套自行研制的高功率超宽谱电磁脉冲辐射场测量系统,该系统主要由TEM喇叭接收天线、同轴传输线、宽带示波器及微型计算机组成。其中,TEM喇叭上极板为等腰三角形金属板,顶角14°,高60 cm,下极板为80 cm×30 cm矩形金属板,两金属板间夹角为7°,采用同轴线直接馈电方式,馈电点高度1mm。分析了测量系统的基本理论,采用时域有限差分和离散傅里叶变换相结合的方法对TEM喇叭接收天线的传递函数进行了计算,建立了信号衰减补偿方法。实测了抛物反射面脉冲辐射天线的辐射场,测得主轴上远区辐射场主脉冲波形与辐射天线的激励信号近似成微分关系,当激励信号的前后沿变快时,测得的辐射场也相应增大。测量结果表明,该系统能够反映脉冲辐射场的变化特性,具有良好的波形保真性和宽频带特性。

辐射式核电磁脉冲模拟器场均匀区域测试方法

基于现有标准中没有专门用于测试辐射式核电磁模拟器场均匀区域方法的现状,通过搭建辐射式核电磁脉冲模拟器试验系统并进行试验测试和数据分析,明确了辐射式模拟器的场均匀区域应在近场区内以脉冲峰值为标准进行定义,在均匀区域内只考虑脉冲峰值的变化;脉冲峰值随距离呈线性变化;在距离平面上的场分布具有一定规律,因此提出通过测试距天线口径面3m位置起3个点的场值来获得场均匀区域的方法。使用该方法测得辐射式核电磁脉冲模拟器场均匀区域为4.5m(长)×6m(宽)×6m(高),为下一步开展电磁脉冲效应试验提供了前提条件。

辐射式核电磁脉冲模拟器快沿脉冲源研制

根据辐射式核电磁脉冲模拟器对脉冲源的设计要求,研制一种由Marx发生器和锐化装置构成的快沿脉冲源.Marx发生器为双边充电回路,由最大值高压无感电容器、电磁铁机械运动轨道触发开关、气体火花间隙开关及电阻等构成;锐化装置由分布参数同轴锐化电容和自击穿火花间隙锐化开关构成.对快沿脉冲源充放电等效回路进行Pspice模拟仿真,并通过试验测得实际的模拟器辐射场波形,结果表明:实测波形与仿真波形一致性较好,辐射式模拟器在距天线口径面3m位置处产生上升时间小于5ns、脉宽300多纳秒、峰值场强大于50kV/m的双指数脉冲场.实际研制的快沿脉冲源基本上满足了设计指标要求,为下一步改进优化辐射式模拟器奠定了基础.

用镜像法计算冲击脉冲辐射天线辐射电场

为方便地计算抛物面冲击脉冲辐射天线的辐射电场,根据由张量法得到的任意的线天线电场计算公式,利用镜像法推导得到了冲击脉冲辐射天线辐射电场的时域解析表达式;搭建了超宽带电磁脉冲实验系统,由横电磁波喇叭天线测试场设备测试抛物反射面超宽带辐射天线产生的辐射场;应用解析表达式计算了该实验系统的时域辐射场,并与实验测试结果进行了比较。结果表明解析计算得到的辐射场波形与测试结果能够较好地符合,峰峰值相差<1V,上升时间相差≤5ps,说明了解析计算的正确性。

一种电磁脉冲辐射系统设计

提出一种电磁脉冲辐射系统设计方案,此系统由Marx发生器、短路-锐化组合开关型脉冲形成线和带低频补偿的高功率超宽带横向电磁波(TEM)喇叭天线组成。Marx发生器产生的单极脉冲经过短路-锐化组合开关型脉冲形成线锐化成双极脉冲,然后馈入天线进行辐射。仿真结果表明,在充电电压为10 kV时,电磁脉冲源可产生脉冲宽度1.41 ns、峰值功率7.69 MW的双极脉冲,此双极脉冲频谱主要分布在0~1.6 GHz频率范围内;高功率超宽带TEM喇叭天线带宽为0.625~2.9 GHz(相对带宽为129%),功率容量可达10 MW,能有效地将电磁脉冲源产生的双极脉冲辐射出去。