大型双板导波天线对核电磁脉冲传输损耗和畸变特性

大型导波核电磁脉冲模拟器可为系统级装备试验提供自由空间辐照环境。针对此类模拟器常用的双板导波天线可能存在的传输损耗和波形畸变问题,以电磁仿真软件和算例对比分析研究了3种主要的影响因素,包括土壤的介电损耗及其抑制、前锥板向平行板转折的结构不连续、线栅阵列代替金属板的缝隙泄漏。研究结果表明:对上下极板等宽的情形,土壤损耗可使电压传输效率降低25%以上;适当展开下极板宽度可屏蔽土壤损耗;上极板转折处的结构不连续可导致平行段试验空间内电场呈现双峰交叠、幅度降低、波形畸变等特征;最大线间距0.3 m不会导致前沿显著变化。作为工程应用案例,设计了前锥长度60 m、顶高15 m、下极板拓宽3 m、由100根线栅阵列构成上极板的导波天线,试验空间超过20 m×20 m×10 m,实现了前沿2.5~3.0 ns双指数脉冲的无损耗、无畸变传输。

典型材料的高空核电磁脉冲屏蔽效能评估

随着信息技术和半导体技术的不断发展,现代电子设备的集成化程度和电磁敏感性都在不断提高,特别是在面对高空核电磁脉冲(High-altitude Nuclear Electromagnetic Pulse,HEMP)这种具有超高场强、较宽频带和极短上升沿的强电磁脉冲时,极易成为攻击目标而影响正常工作。在参照国内外各种权威标准的基础上,利用CST电磁环境仿真模拟软件,通过测试不同类型、不同尺寸和不同条件下典型材料的HEMP屏蔽效能,分析研究典型材料的HEMP防护规律,为后续利用典型材料提高电子设备的HEMP防护能力,以及高性能HEMP防护材料研究和制备提供重要数据支撑。

高空核电磁脉冲与双层损耗土壤下线缆的耦合响应研究

针对双层土壤下线缆在复杂电磁环境中的电磁防护,采用了电磁波在介质中的传输理论,推导出电磁脉冲透过双层土壤的透射系数表达式,根据该表达式计算出双层土壤下线缆的激励电场,然后结合传输线方程计算出线缆的感应电流,对比CST软件仿真的结果,验证了双层土壤透射系数表达式的有效性。在此基础上研究了上层介质厚度、湿度、环境以及布线深度对埋地线缆上感应电流的影响。结果表明,上层介质厚度对线缆的感应电流影响较小,但上层介质的湿度、环境以及布线深度对线缆的感应电流影响较大。

核电磁脉冲的频谱分析和空间场分布研究

为了研究核电磁脉冲的空间频谱和电场分布规律,以1976年学术出版社制定的双指数函数波形模拟核电磁脉冲,对核电磁脉冲波形的时域参数、频谱、能流谱进行分析,分析得出核电磁脉冲的频谱范围在100 MHz,在0.001~10 MHz能流占比为96%,在100 MHz能流占比为99.8%。并根据频谱分析结果在多物理仿真软件COMSOL中建立模型,进行空间电场分布仿真计算。得出结论:在100 MHz的频率下,电场的空间分布呈中间大四周小分布,随着核电磁脉冲传播距离的逐渐增加,电场强度值逐渐减小,同一平面中间电场值的衰减速度要快于四周的电场值衰减速度,其空间的电场分布越来越趋于均匀分布。在相同距离下,随着核电磁脉冲频率的增加,其电场分布值逐渐减小,且越趋向于均匀分布。

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。

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。

核电磁脉冲环境中传输线的电磁干扰

高空核电磁脉冲环境将在传输线上产生电磁干扰,会威胁与之相连的电子设备的安全。为了在理论上对传输导线在核电磁脉冲环境下的响应电流进行分析从而得到电流的响应规律,采用传输线计算模型,在电磁脉冲环境为正入射,地面为有耗介质时,计算了地面附近平行铺设的导线在两端短路、两端接高阻、一端接地一端接电阻、两端接不同电阻等4种状态下的电流响应;并研究了感应电流的幅值、上升沿、半高宽以及电阻上电压降等参数在导线长度增加时的变化情况,结果表明这些参数随传输线长度的变化均有最大值,而且电流幅值随传输线离地高度降低趋于减小。

高空核电磁脉冲模拟波形的双指数函数拟合法

许多标准和公开出版物中都用双指数函数描述高空核电磁脉冲典型波形。通过数值方法,研究了双指数函数一项重要的性质。根据该性质,详细讨论了高空核电磁脉冲模拟波形数值拟合中,双指数函数特征参数与脉冲峰值、前沿、后沿以及半宽等物理参数的关系,从而提出一种简单有效的脉冲参数计算方法。通过IEC标准中规定的高空核电磁脉冲参数的估计与一个实测高空核电磁脉冲模拟波形的数值拟合,验证了该方法的有效性和可靠性。该方法能够适应多种峰值、前沿和半宽的高宽核电磁脉冲模拟波形的数值拟合。

单片机系统在核电磁脉冲辐照下的效应研究

核电磁脉冲 (NEMP)、雷电电磁脉冲 (LEMP)和高功率微波 (HPM)等强电磁脉冲对单片机系统具有很强的干扰和破坏作用。为研究它们对单片机系统的各种效应 ,利用 GTEM室产生的核电磁脉冲 ,对单片机系统进行了辐照效应实验。实验表明 ,单片机系统在强电磁脉冲作用下 ,会出现“死机”、重启动、通讯出错等现象。基于实验 。

核电磁脉冲在岩土介质中的传播研究

综述了对非铁磁性、线性、各向同性介质中核电磁脉冲传播规律研究方面的一些成果。通过建立康普顿电流模型 ,采用 FDTD法 ,对地面核爆炸 SREMP数值分析的结果表明 ,厚度为几十米以上的具有一定导电性的岩土介质层 ,对于电磁脉冲峰值场强的衰减可达一个量级以上 ,且使脉冲上升沿变缓。采用两种模型对 HEMP的入地传播问题进行计算分析 ,将电磁脉冲模拟器架设于隧道顶上作试验研究 ,得出了类似的结论。

基于横电磁波天线的高空核电磁脉冲辐射波模拟器设计

为解决传统核电磁脉冲模拟器存在测试空间受限的问题,提出了基于横电磁波(TEM)喇叭天线的高空核电磁脉冲辐射波模拟器设计方案。通过数值仿真验证了TEM喇叭天线的辐射场波形,指出TEM喇叭天线在应用于辐射式电磁脉冲模拟器时存在低频辐射能力差的问题;通过比较TEM喇叭天线对3种典型核电磁脉冲的辐射能力,发现辐射场的上升沿部分主要取决于激励源的上升前沿陡度,辐射场的脉冲宽度与激励脉冲的宽度有关,可以通过展宽激励源脉冲宽度的方法来补偿TEM天线低频辐射能力差的问题;通过实验验证了利用TEM喇叭天线研制电磁脉冲辐射波模拟器的可行性,但仍需要阻性加载或展宽激励脉冲等方法对TEM喇叭天线的低频辐射性能进行改善。

电离层对核电磁脉冲传播特性影响的分析

引入傅立叶变换,对高空核爆激励的瞬态电磁脉冲信号通过电离层向同步卫星轨道传播后的波形进行了分析。由于电离层的色散特性,使原来的瞬态电磁场不同频率的成分相互分离,频率高的相速度快,频率低的相速度慢,使到达卫星轨道的波形成为一衰减振荡,且波形持续时间拉大。考虑电离层的衰减,对20～100km爆高的核电磁脉冲传播至卫星轨道后的电场仍是可以监测到的。

高空核电磁脉冲对爆炸箔起爆器安全性的影响

目的评估爆炸箔起爆器(EFI)在高空核电磁脉冲下的安全性。方法通过吉赫兹横电磁波室(GTEM)强电磁脉冲模拟系统,开展辐射方式下EFI电极塞在模拟高空核电磁脉冲(HEMP)下的感应电流试验测试。HEMP主要是通过电磁辐射方式在EFI脚线上耦合能量,在爆炸箔上产生感应电流,用光纤场强计监测模拟HEMP的电场强度,并在EFI爆炸箔电极塞脚线上套装电流环,通过示波器监测爆炸箔上的感应电流波形。结果在爆炸箔电极塞两根脚线上分别连接相同长度的导线,按导线长度不同分为5、10、20、30、40、50 cm共6组,使导线成180°状态,EFI的脚线可等效为偶极天线,感应电流随脚线长度增加而增大,两者呈线性关系。结论EFI在HEMP下的感应电流远小于发火电流,对核电磁脉冲环境具有较高的耐受能力,具有较高的安全性。

特种电磁材料对非核电磁脉冲的屏蔽效能测试

采用了窄带和超宽谱高功率微波源,在微波暗室和开阔试验场地中建立了多个典型波段的微波辐射场;并利用辐射场测量系统,对多种测试样片和屏蔽室模型试验样片的屏蔽效能进行了试验。结果表明:当测试窗样片厚度(屏蔽室模型试验样片壁厚)大于30 mm时,对窄带高功率微波的屏蔽效能可达到80 dB以上,对超宽谱高功率微波的屏蔽效能可达到50 dB以上。该特种电磁材料可广泛应用于三级屏蔽要求的工程中,当周围的电磁环境以窄带微波为主时,可谨慎应用于屏蔽要求较高的防护工程中。

爆炸高度及威力对空间核电磁脉冲信号特性影响的数值分析

运用差分方法,理论模拟了中空及高空核爆炸时,γ射线与周围空气分子相互作用散射的康普顿电子流在地磁场作用下激励电磁脉冲这一物理过程.讨论了中、高空核爆炸时爆心上方的电磁脉冲波形.引入地固坐标与局部球坐标系的相互转换,给出不同高度以及不同当量的核爆炸向外层空间(卫星轨道方向)传播的电磁脉冲源的特征.考虑电离层的色散及衰减特性,运用傅立叶分析方法,外推出通过电离层后的色散核电磁脉冲的信号强度,考虑宇宙背景噪声等因素,可以监测到当量为千吨级以上核爆电磁脉冲.

基于光纤信号传输的核电磁脉冲场探测仪的设计与实现

介绍了基于光纤信号传输的核电磁脉冲场探测仪的原理、设计研制及达到的技术性能指标。采用快速傅里叶变换技术,对核电磁脉冲信号进行频谱截断分析,确定核电磁脉冲测量所需的最小带宽,在此基础上设计了激光器电路、探测器电路。核电磁脉冲场探测仪的研制对核电磁脉冲场的防护技术研究提供了器材保障,对提高我国电子信息设备核电磁脉冲场的防护研究水平具有重要意义。

核电磁脉冲模拟装置

在分析核电磁脉冲特性的基础上 ,讨论了由 Marx发生器和 GTEM室组成的核电磁脉冲模拟装置。介绍了该装置的组成、工作原理 ,并通过仿真计算得到核电磁脉冲波形。实验表明这种装置能实现对核电磁脉冲的实验室模拟。

潜艇天线对核电磁脉冲的响应计算

核电磁脉冲通过天线耦合到潜艇的通讯、导航等电子系统中,会对电子系统产生冲击甚至物理损害。针对潜艇天线所处的不同状态,分析了天线对核电磁脉冲的响应,计算了天线中的感应电流强度和天线收集的能量数值,为防护措施的开展提供了依据。

某型舰载机碳纤维复合材料电源机箱及其核电磁脉冲防护性能

[目的]针对某型舰载机电源机箱减重和核电磁脉冲(HEMP)防护的设计需求,采用基于碳纤维复合材料化的机箱结构设计,并利用热压罐成型工艺制备复合材料电源机箱。[方法]利用CST仿真软件进行机箱复合材料的防护性能仿真和设计评估;选择镀镍碳纤维和延展金属网作为电磁增强材料,同时配合层间电磁增强和缝隙、搭接等部位的电连接设计;使用有界波模拟器验证其在核电磁脉冲下的防护能力。[结果]结果表明,碳纤维复合材料机箱在核电磁脉冲下的屏蔽效能达到65 dB以上。[结论]采用热压罐工艺制作的机箱具有质量轻、强度高、成型方便、电磁脉冲防护性能好、环境适应性强等优点,具有较高的工程价值和发展前景。

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.