频谱仪在电磁近场探测中的自动化应用

提出一种频谱分析仪在电磁近场探测的自动化应用,系统由频谱分析仪、上位机软件、二维扫描架三个部分组成。利用VB 6.0软件,制作上位机软件用于控制、设置频谱分析仪并可以直观显示场强分布情况;在步进电机的基础上,通过单片机串口通信控制方式,利用滚珠丝杠将步进电机的角位移转换为台面的线位移,最终实现电磁近场扫描的测试功能。通过实验测试选择合适探头,并测试系统的运行性能。结果显示,经过软件设置,步进电机可以精确控制扫描距离,并且软件很直观地显示场强分布。

目标近场电磁散射中心建模与特征参数反演

为了通过较少散射场数据实现雷达目标特性建模和参数反演,提出了一种基于时频图多普勒特征的散射中心建模和特征参数反演方法,采用单频点下的一维角度近场扫描数据实现对目标二维散射中心的提取。通过平滑伪Wigner-Ville分布(smooth and pseudo Wigner-Ville distribution,SPWVD)分析方法生成高分辨率时频图,根据不同类型散射中心的多普勒特征,通过Radon逆变换(inverse Radon transform,IRT)提取散射中心模型的位置和幅度参数,并将提取的散射中心位置参数与几何模型参数、散射中心模型重构雷达散射截面积(RCS)与仿真的RCS进行了性能对比。结果表明:该方法只需要单频点的一维角度扫描数据,即可有效提取目标散射中心位置和幅度等特征参数,且重构RCS的均方根误差小于3 dBsm。

近场源多频电磁法人工蜂群约束反演研究

近场源多频电磁法常用于浅层电性结构调查,其数据反演结果直接影响探测成效。针对常规最小二乘反演收敛不稳定、多解性强的问题,提出一种人工蜂群非线性算法和先验信息约束相结合的反演方法。首先阐述了近场源多频电磁法正演问题,并对正演精度进行验证;在此基础上,对人工蜂群非线性算法原理进行了剖析,给出反演计算流程;之后,讨论了在人工蜂群反演中引入参考模型约束、光滑约束和物性范围约束的方法,最终形成近场源多频电磁法的人工蜂群约束反演方法。采用理论模型对该方法进行测试,结果表明:人工蜂群反演方法适用于多层模型,能满足数据拟合要求,且收敛曲线稳定下降,避免了常规反演陷入局部极小解的问题;人工蜂群反演在无约束时易出现虚假构造,而有约束时可有效收紧反演解空间,使结果更加接近真实值,反演结果质量更高。对两例不同电性环境下的近场源多频电磁实测数据进行试算,人工蜂群约束反演均给出符合实际地质情况的结果,表明该方法有效且可靠。因此,近场源多频电磁法的人工蜂群约束反演方法具有在实践中推广应用的价值。

乘用车近场雷达散射截面测量

为分析乘用车近场雷达散射截面特性以及内部机理,该文基于目标电磁散射理论,考虑乘用车的RCS受探测距离以及姿态角的变化所影响,使用77 GHz车载毫米波雷达利用定标体采取对比定标法测量某掀背式乘用车近场条件下不同距离的雷达散射截面以及不同角度的雷达散射截面。分析得到,乘用车尾部距毫米波雷达3~30 m的RCS大致呈上升趋势,约在30 m处其RCS趋于稳定,认为该车在距77 GHz毫米波雷达30 m处的近场RCS具有代表性。不同姿态角下乘用车的RCS总体范围为-3~24 dBsm。在该车的侧面(90°)达到峰值,为24 dBsm,其他两处RCS稍弱的峰值对应于汽车的车尾(180°)和车头(0°)处,汽车的斜角(60°和120°附近)处其RCS最小。

汽车散热器近场电磁屏蔽特性仿真研究

汽车散热器是阻碍汽车电磁干扰泄漏的有效屏障。通过分析汽车散热器结构,将其简化成具有一定厚度的密集孔阵结构,进而建立其仿真计算模型。利用有限积分法FIT,研究了汽车散热器结构参数对其近场电磁屏蔽效能的影响。计算结果发现:其它条件相同时,散热器截面单孔面积越小,孔间距越大,散热器厚度越大,则其近场屏蔽效能越高;铜质散热器近场屏蔽效能明显大于同规格的铝制散热器;矩形孔散热器的近场屏蔽效能高于同规格的梯形孔散热器;采用对称排列的梯形孔散热器其近场屏蔽效能略高于采用斜交排列的梯形孔散热器。

近场通信系统用抗电磁干扰Fe基软磁材料的制备

采用熔体快淬法制备Fe Si Al快淬带料;利用行星式高能球磨工艺进行扁平化处理;使用真空管式炉进行氢还原退火处理;采用SEM、PPMS表征试样的形貌及室温磁滞回线;使用矢量网络分析仪测量试样在10~100 MHz频段的复磁导率;采用抗干扰性能测试系统测量表征磁片抗干扰的标签读写距离;研究影响Fe Si Al粉体材料磁性能的主要因素,并分析了其作用机理。结果表明,采用高低速两步法高能球磨处理,能有效提高薄片状Fe Si Al材料的径厚比;氢还原退火处理能有效提高饱和磁化强度和磁导率,降低矫顽力和磁损耗;制备的片状Fe Si Al材料在13.56 MHz频率附近具有优异的近场通信抗电磁干扰性能。

复杂目标近场电磁散射的建模方法

提出了一种计算目标近场电磁散射特性的方法,即基于近场物理光学法和目标形体构造面元法计算目标近场RCS。以靶机1和靶机2为例,分别研究了静态条件和动态条件下的电磁散射特性。计算结果为相关决策提供依据,实践证明该方法具有一定的实用性。

用PO+PTD法进行近场电磁散射理论建模

介绍一种用于近场复杂目标电磁散射理论的建模方法。利用金属平板的实测数据来验证方法的有效性,然后采用该方法对某飞机全金属机身外表面建立了电磁散射数学模型。因此,具有很大的工程应用价值。该模型的特点:(1)采用面元法,目标外形数据由Autocad得到,具有对目标几何形状没有任何的限制,使所建立的模型更具通用性。(2)应用物理绕射理论(PTD),考虑目标有限边缘的贡献,物理光学法(PO)计算精确性可以大大改善。(3)考虑近场的特点。

近场源浅地表多频电磁法正反演研究

工程地质及环境问题日渐突出,浅地表电磁探测也日渐发展起来。相较于传统直流电法,近场源频率域电磁探测方法及其装置均有更显著的优势。论文首先介绍了近场源多频电磁法正演公式及数值解法,并对反演方法进行了阐述;然后对文献中的经典模型进行正演,分析了正演结果的精度;最后基于不同的地电模型、不同噪声水平的电磁数据进行已知与未知模型反演,并对比了反演结果。对比反演结果可知,近场源多频电磁法对三层模型中的H型地电模型在较强噪声水平下仍与理论模型吻合较好,且按不固定的未知模型来反演也能较好拟合。研究结果表明,本文正演过程精度高,反方法也表现出了很强的抗干扰能力,为近场源频率域电磁探测方法推广提供理论依据。

基于近场电磁扫描系统的矩形金属波导模式成像实验

矩形金属波导模式是高等光学和电动力学等课程的授课重点内容。现有的大学物理教材通过公式推导获得矩形金属波导模式的本征电磁场分布,学生在学习过程中缺乏对电磁场分布的直观感受。本文基于近场电磁扫描系统对矩形金属波导模式进行成像。我们首先测量了矩形金属波导的透射系数,表征了波导模式的截止频率。测量了不同频率波导模式的电场分布,并将实验结果与理论推导和数值模拟结果进行对比分析。实验测量结果形象地反应了本征模式的电磁场分布,有助于学生对矩形金属波导模式特点的整体理解和掌握。

近场散射与远场RCS的链条关系式

与远场RCS比较,近场散射问题更复杂、更普遍,且有重要意义。近场散射与远场RCS之间的关系是近场散射研究中的前沿课题之一。本文首先引用三天线概念,其次利用天线耦合公式及电磁场的互易定理导出简洁的链条关系式。最后利用线性系统理论中的基本概念对链条关系式作物理意义的解释。链条关系式在目标特性研究、远场和近场散射测量等方面有重要意义。

基于物理光学法和面元法的目标近场RCS计算

针对求解目标近区电磁散射特性,提出基于物理光学法和面元法计算目标近场雷达截面积(RCS),即采用目标形体构造的面元法建立目标的表面模型,利用物理光学法计算目标近区场上的每单元的散射场,而后对所有单元的散射场矢量求和得到整个目标的散射场和雷达散射截面(RCS)。将目标的RCS计算结果代入引信电路仿真模型获得的目标多普勒信号和引信启动点与实测结果的统计特性一致,证明该方法具有实用性。

随机粗糙面上电磁散射的高效迭代IEM计算

在复合目标电磁散射计算中,目标与粗糙面间的耦合近场计算问题是制约算法的主要瓶颈。该文提出一种适用于二维随机粗糙面上电磁散射场计算的迭代积分方程法(IEM)。与传统IEM法不同,迭代IEM法基于近场格林函数建立,考虑了粗糙面面元间的多次电磁互耦作用,散射场不能简化为积分形式的近似解。数值实验表明,与传统MoM法相比,迭代IEM法的内存需求节省了9倍,计算速度比矩量法(MoM)法提升了4.5倍以上,更能有效地计算粗糙面上的散射场。

二次曲面建模在近场目标特性中的应用

针对复杂目标的回波信号计算,采用一组平面和二次曲面(柱面、锥面和椭球面)来逼近目标表面的元素,并用一一对应的方法将其对接起来,完成了对目标模型的仿真。改进了采用面元法(用三角形或四边形单元构造目标的表面)构造的目标形体建立的目标模型面元数多、计算速度低的问题。用二次曲面的方法建立了长空靶机的目标模型,计算了目标回波信号,并与实测数据进行了对比,仿真结果和实测结果取得了较好的一致性,因此用二次曲面建立复杂目标模型的方法是可行的。

无线电能传输中的坡印廷能流类型研究

磁共振无线电能传输技术是近年来理论和应用研究的热点。从麦克斯韦方程和电工学理论出发,将磁共振无线电能传输系统的发射和接收视作非接触变压器,运用对偶原理和传输线理论的分析方法,对比研究了非接触变压器内传导和辐射两种类型坡印廷能流的分布和传播特点,并利用有限元仿真软件对结果进行验证。研究表明,在100 kHz的频率量级下,传导磁流所激发的传导坡印廷能流占据主导地位。工作频率越低,其电磁近场的储能越强,辐射越弱。该研究结论有助于人们更好地了解非接触变压器无辐射能流的特性,明确区分近场和远场坡印廷能流的不同特点;有助于解决无线电能传输技术的能量传播机理、能量场分布等重要且有争议的问题,推动该技术的发展。

机载短波电磁环境仿真分析

短波通信作为远距离通信的主要方式,广泛应用于直升机上。短波电台作为机载大功率射频设备,在多个型号中均出现过电磁干扰问题。针对短波电台电磁干扰问题,文中计算分析了短波天线在设备舱和线缆通道的近场电磁环境,为直升机电子设备及线缆布局提供参考依据。

基于数据预处理的侧信道分析优化方法

电磁侧信道信息具有数据庞杂无序,信噪比低的特征,对侧信道分析的结果存在较大影响。针对电磁侧信道数据的特性,该文提出一种最小相关差值的对齐方法,通过参考信号的自相关函数与待对齐信号的互相关函数之间的相似度来估计延时差值。同时,提出一种K奇异值分解(KSVD)字典学习的降噪方法,交替迭代进行稀疏编码和字典更新来滤除高频噪声。为了验证数据预处理方法对侧信道分析结果的优化效果,设计并搭建了电磁侧信道测评系统,并基于实际芯片进行了近场电磁侧信道信息采集与分析。该文使用所提预处理方法对电磁数据进行对齐与降噪,通过t-test泄露评估与相关性电磁分析,对比最大相关系数对齐与小波降噪方法,能够将侧信道攻击的效率分别提高29.91%和55.23%。

金属导体直流电能的输运过程研究

提出了不同于传统电动力学的直流电能流输运过程解释,指出坡印廷能流的定义不能简单推广到直流电.通过对含欧姆定律的麦克斯韦方程组进行分析,证明了直流电的能流输运过程受扩散方程支配,与波动方程无关;发现经典坡印廷能流的推导过程存在隐含的物理学限制,导致其不适用于金属导体内电磁纵场的做功过程.研究表明,金属导体直流电能的输运过程及其支配方程均与洛伦茨力有关,与坡印廷矢量无关.研究结论可以推广至低频似稳态,从而为电工学和近场电磁学的研究带来广阔的前景.

关于磁耦合谐振式无线充电系统能量传输原理及距离因素的研究

本文介绍了无线充电技术,指出了磁耦合谐振式无线充电技术的优点,分析其原理,搭建了设备实体,通过研究发射功率和负载获得功率与充电间隔距离之间关系的实验,发现近距离充电时耦合因数会使最佳谐振频率漂移,远距离充电转换功率会减小,从而得出寻求合适的距离能使充电功率保持稳定的结论。

高速近距动态感应装置磁场分布的分析与仿真

以高射炮引信电磁感应装定系统为平台,对装备于炮口的高频近场电磁感应发射装置进行了结构分析,创建了该装置的数学模型,依据电磁场理论推导出了现有教科书中未见有的有限长疏绕螺旋载流线圈内部空间磁场分布计算公式,并借助于计算软件对其进行了数值仿真,从中定量得知疏绕螺旋载流线圈所产生的磁场能量主要集中在半径小于线圈口径百分之五十以内的轴向有限区域内,这对电磁感应接收装置的结构设计及优化具有工程指导意义。所采用的研究方法、获得的理论公式及结论普遍适用于其他高频近场磁感应装置的分析和设计。