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。

高空核爆炸晚期核电磁脉冲的数值模拟研究

根据高空核爆炸晚期核电磁脉冲(E3)的产生机理,将E3的计算分解为大气电离、碎片云运动、大气等离子体运动和低频电磁场在等离子体中的传播4个过程,给出了E3的数值模拟方法。利用该方法模拟了美国Starfish试验的E3过程,通过与试验观测地磁数据的比对验证了该方法的正确性。对离子的能量沉积分析结果表明,爆心正下方存在大气等离子体火球,能量峰值约为175 km,此火球向下膨胀导致地磁场增强,向上运动导致磁场变弱。该结果解释了Starfish试验地磁扰动波形的变化机理,与原有解释机理相比,无需引入额外的假设。

核电磁脉冲对计算机机箱的时频域电场耦合特性研究

为研究计算机机箱对核电磁脉冲的时域和频域耦合特性,采用基于时域有限积分法的电磁仿真软件,对计算机机箱采取不同孔缝形状、孔缝布局和机箱内不同位置的电场耦合规律进行了数值仿真。结果表明:机箱的电场屏蔽效能随频率的增加而下降,在谐振频率处达到最小值;同样孔缝面积时,机箱采用圆形孔缝、多圆孔阵列的瞬时电场屏蔽效能和各频点电场屏蔽效能均最优;机箱内的瞬时电场屏蔽效能和各频点屏蔽效能随着与孔缝距离的增大而提升,电场极化方向上的电场屏蔽效能提升缓慢,非极化方向上的电场屏蔽效能提升较快。对提升计算机机箱的屏蔽效能,优化内部电子器件与线路的合理布局提供参考。

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。

核电磁脉冲中非电离辐射作用于人体的电磁场和温度场仿真

采用国际电工委员会制定的双指数脉冲波形模拟核电磁脉冲,分析脉冲波形主要谐波分量的幅值、频谱及相位。在多物理场仿真软件COMSOLMultiphysics建立偶极子天线模型及人体三维模型,通过电磁场与热场耦合模块,求解人体组织中感应电场强度、磁场强度、比吸收率(Specificabsorptionratio,SAR)和温度场分布。将结果与国际非电离辐射防护委员会(International commission on non-ionizing radiation protection,ICNIRP)制定的《限制电磁场暴露导则》进行比较。结果表明:人体距离暴露源1 km时,感应电场强度、磁场强度、局部最大SAR值和平均SAR值分别为88.8 V/m、0.58 A/m、0.66 W/kg、0.011W/kg。感应电场强度和磁场强度超过了ICNIRP规定限制59.8V/m和0.22A/m。但在10km处,电场、磁场、局部最大SAR值和平均SAR值都满足安全限制。人体组织中温度升高主要集中在大脑处,暴露时间为6min时,温升为0.2171℃,符合ICNIRP规定的局部温升2℃和核心温升1℃限值的要求。本研究结果为核电磁脉冲环境中人体遭受电磁暴露的健康风险安全评估提供了一定的科学依据。

长线缆高空核电磁脉冲效应的数值求解及仿真分析

本文研究了高空核电磁脉冲的作用下线缆的耦合效应,采用了Agrawal模型传输线分析方法,对高空核电磁脉冲耦合效应下的感应电流和电压进行了解析求解,讨论了入射波电场位于入射波平面左侧和右侧这两种情况时负载端感应电流数值解析式的差异,并通过MATLAB软件仿真,分别分析了这两种情况下不同线缆负载、线缆长度、线缆高度对终端感应电流的影响。

高空核电磁脉冲空间分布特征研究

目的评估一定范围内高空核电磁脉冲,计算高空核电磁脉冲电场强度,以及研究电场强度的空间分布特征。方法从高空核爆炸物理过程出发,结合现有的理论成果和相关计算公式,对高空核爆产生早期高空核电磁脉冲的场强数值计算过程进行推导,并编写相应计算程序。结果得到指定情况下的核电磁脉冲时域波形和观测范围内电场强度分布,计算结果与IEC标准中变化规律一致。此外,对不同爆炸当量、爆炸高度、爆炸位置和不同观测位置下电场强度进行了计算,并对高空核电磁脉冲空间分布特征进行了分析,讨论了各主要计算参数对高空核电磁脉冲电场强度和时域波形的影响。结论爆炸高度增加,高空核电磁脉冲场强峰值降低,到达场强峰值的时刻延后。随着爆炸当量的增大,高空核电磁脉冲场强峰值也会增加,但会随着当量变大增速变缓直至趋向饱和,到达电场峰值的时刻也会相对提前。随着纬度的增大,场强峰值也随之增大。随着观测高度的增大,场强峰值呈线性趋势有一定升高。

组合型高压电力线核电磁脉冲防护滤波器设计

为避免10 kV电力线面临的核电磁脉冲等强电磁脉冲的威胁,本文设计了一种瞬态抑制电路与稳态滤波电路相结合的高压电力线核电磁脉冲防护滤波器。通过仿真分析与研究,结合实际试验,验证了电路结构的可靠性。该组合型高压电力线核电磁脉冲防护滤波器弥补了一般电源滤波器无法抑制强电磁脉冲干扰的缺陷,并具有工作电压高,绝缘性好,滤波后残余电流低,滤波效果好的特点。

某数据链设备高空核电磁脉冲防护设计

文章以某数据链通信设备作为研究对象,分析了高空核电磁脉冲特性,并进行理论计算,采用电磁仿真软件FEKO构建了通信设备天线模型,重点分析了通信设备天线在高空核电磁脉冲环境下的频域和时域响应情况。仿真结果表明,高空核电磁脉冲对100MHz以下无线通信设备影响很大,高空核电磁脉冲从天线耦合进入射频收发信机后,会对设备造成严重损伤。为了降低高空核电磁脉冲对设备的损伤,本文在理论分析和仿真的基础上,对舱外天线和舱内设备进行防护。在理论分析和仿真的基础上,使用高空核电磁脉冲模拟器进行试验,试验结果表明,增加高空核电磁脉冲防护的某数据链设备可满足高空核电磁脉冲使用环境要求。

抗核电磁脉冲特种控制电缆的研究

本文通过对核电磁脉冲的特点和对装备系统的潜在影响进行分析,明确了抗核电磁脉冲电缆的重要性和紧迫性,针对目前市场上普通电缆在核电磁脉冲环境下易受损的现状,提出了特种控制电缆的研究办法,随后,对抗核电磁脉冲特种控制电缆的整体结构、抗核电磁脉冲屏蔽效能、抗拉强度等进行深入具体地研究,为保证特种控制电缆的抗核电磁脉冲提供一种研究方向。

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。

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。

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 。

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。

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。

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.

核爆炸早中期电磁脉冲产生的数值模拟方法

由于核电磁脉冲(nuclear electromagnetic pulse,NEMP)电场与爆炸当量、爆高、方位角、大气参数和观测位置等密切相关,NEMP产生的数值模拟是非常复杂的问题。本文评述了核爆炸电磁脉冲产生过程的数值模拟方法,包括NEMP产生的物理模型、γ射线和中子在大气中输运及康普顿电流源、大气电导率模型和电磁场求解方法;给出了NEMP的典型数值模拟结果,主要包括早期电磁脉冲和中期电磁脉冲联合模拟结果,并分析了早期电磁脉冲和中期电磁脉冲峰值、起止时间和频谱等特征参数。

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。

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。