一种新型可移动TEM喇叭辐射波模拟器的模拟优化

为改善基于TEM喇叭的辐射波模拟器的低频辐射特性从而展宽其辐射近场半高宽,首次提出了在指数型TEM喇叭上/下两个极板的端口加上2个金属直板、并通过倾斜金属板和并联电阻相连的新型可移动模拟器的设计方案。基于FDTD方法模拟分析了该新型模拟器的特性参数对其近场辐射性能的影响,并给出了优化后的模拟器及其阵列的辐射特性。计算结果表明:尺寸为6 m×6 m×6.24 m的优化后的新型模拟器在距离口面3 m的中心位置的辐射近场脉宽能达到18.95 ns,而达到相同低频辐射性能的常规模拟器尺寸为9 m×12 m×6.8 m。且与常规模拟器相比,优化后的模拟器的场峰值更大。与前人的研究相比,优化后的模拟器场在保持高峰值的同时,时域波形后延震荡的幅度与主峰的比值明显减小。优化后的模拟器2×2阵列模型的测试平面中心点场峰值最大,且在测试平面上满足6 dB均匀性要求的有效测试区最大;有效测试区在横向上范围最大的是2×2阵列模型,其次是2×1阵列模型;在纵向上范围最大的是2×2阵列模型及1×2阵列模型。

基于TEM喇叭的辐射波模拟器天线的近场特性

给出一种新型核电磁脉冲辐射波模拟器天线,并用时域有限差分方法分析和优化天线的结构。天线的激励源是由同轴线馈入的强电压脉冲。优化了平行板传输线和TEM喇叭的尺寸,并对天线的近场进行分析,给出了天线尺寸对近场特性的影响。数值模拟结果表明,在距离天线口径100m处的电场强度可达20kV/m。

电磁脉冲辐射波模拟器笼形天线的理论和数值研究

采用天线理论和数值模拟方法研究了同轴线馈电的双锥笼形天线辐射特性。通过双锥天线和馈电同轴线的阻抗匹配确定双锥半张角为32°;结合清晰时间的概念,确定双锥笼形天线半径为2.5m。给出了双锥半径2.5m、笼形天线长度50m、末端经过削锥处理、架高15m时的双锥笼形天线在地面上方2m水平面内的辐射场分布,在该平面上40m×60m的区域内,电场最大值为6kV/m,最小值为1.6kV/m;在80m×10m的区域内,电场最大值为82kV/m,最小值为12kV/m。

辐射波HEMP模拟器关键参数数值分析

根据国际电工委员会(IEC)制定的最新高空核电磁脉冲(HEMP)标准,对辐射波模拟器关键结构的指标参数进行分解。分析了不同模拟器激励源和双锥结构对辐射电场波形关键参数的影响,基于分析曲线提出脉冲源的指标,最后给出辐射波HEMP模拟器自由空间辐射电场的计算波形。论文结果对此类模拟器的设计具有重要参考价值。

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。

4m高度同轴馈电线栅型垂直极化EMP辐射波模拟器的辐射特性分析

基于完全理想磁导体镜像的同轴馈电模拟器天线辐射场并行FDTD方法,研究了高度为4 m的同轴馈电线栅型垂直极化辐射波电磁脉冲模拟器的线栅截数、底部金属实体圆锥的高度、线栅的数目与半径、介质支撑圆柱及加载电阻对模拟器辐射场的影响。结果表明,模拟器设计时,选择线栅截数为1可消除线栅连接处对辐射场的不利影响;底部金属实体圆锥的高度越高,模拟器的辐射场越接近全部金属实体模型的辐射场;为保证模拟器的辐射场达到一定的电场强度峰值,底部金属实体圆锥必须达到一定的高度;当线栅数目在24~60变化时,距离中轴线4 m测点的电场强度峰值不小于全部金属实体模型时相应位置的电场强度峰值的93%;线栅半径在1.5~4 mm变化对模拟器的辐射场几乎没有影响;为减弱介质支撑圆柱对辐射场的不利影响,实验验收点不要选择在圆柱的对称面上,可选择在支撑圆柱对角线的延长线上;加载电阻可使某些测点的辐射场时域波形的半高宽变窄,模拟器的有效测试区域可能增大。

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。

基于IRA天线的辐射波模拟器天线辐射性能研究

将通常用于超宽带领域的IRA天线应用到辐射波电磁脉冲模拟器中,提出一种基于反射器脉冲辐射天线的核电磁脉冲辐射波模拟器,分析其天线结构,给出四种馈臂形式,通过仿真比较了四种馈臂形式天线的辐射效率、远场和近场波形以及频率增益特性。结果表明:该天线的低频辐射效率有待进一步提高;具有锥形渐缩形式馈臂的天线能产生较好的远场和近场波形。IRA天线相较笼形天线具有体积小、方向性好等优点,如果能进一步提高其低频辐射性能,IRA天线将成为理想的辐射波模拟器天线。

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。

电磁脉冲辐射波模拟器双锥-平面线栅天线场分布规律

双锥-平面线栅结构的水平极化辐射波天线对辐射场半宽影响较小且架设方便、易于维护,掌握该型天线场分布规律是确定模拟器场均匀区、开展电磁脉冲效应实验的前提。利用天线理论研究双锥-平面线栅天线的场分布规律,结合数值模拟和实际天线试验对理论分析结果进行验证。结果表明:在天线结构和激励电压确定的条件下,双锥中心正下方辐射电场极化分量仅与测点到源的距离相关,二者呈反比;Oxz平面内以双锥中心为圆心的圆弧上任意一点辐射电场极化分量的幅值相等,并在同一时刻达到峰值;Oxz平面内同一水平线上的测点总辐射场幅值相等,方向沿测点所在圆弧的切线方向;各辐射场分量关于Oxz平面和Oyz平面对称分布;对于实际模拟器,地面反射会使辐射场波形下降沿陡降,导致地面附近辐射场半宽变小;线栅极板会影响附近的场分布,且极板外侧4个角点处的反射相对较强,其他位置辐射场分布与理论分析一致。

含有峰化电容器的垂直极化EMP辐射波模拟器辐射场的初步模拟

建立了含有多层薄膜结构的同轴型峰化电容器的垂直极化电磁脉冲辐射波模拟器的FDTD计算模型,用导通柱模型代替输出开关,模拟了开关导通后的放电过程,得到了辐射电场的时域波形,并与实验结果进行了对比。结果表明,模拟计算结果与实验结果符合较好,证明了所用模型的可靠性和计算的准确性。在此基础上,计算了峰化电容器内芯长度及电极端面半锥角对模拟器辐射场的影响。结果表明:锥面天线中引入一体化设计的峰化电容器后,辐射场时域波形在达到峰值前后,均出现了预脉冲及高频振荡叠加,这与理想锥天线的辐射场时域波形明显不同;峰化电容器内芯长度的变化对模拟器辐射场的峰值影响不大,但对低频特性有一定的影响;峰化电容器电极端面半锥角与模拟器的半锥角相同时,可以获得快上升沿的辐射场。

红外场景辐射模拟技术发展

硬件闭环仿真系统是红外图像搜索制导系统、热像仪以及前视红外系统研制中的重要设备,红外场景辐射模拟器(红外投影仪)则是该设备中的核心器件,从辐射产生传输的角度,可主要将其分为4类:发射型、透射型、反射型以及激光型。介绍了各类型中典型模拟器的基本原理以及典型结构,并给出了部分关键性能参数(模拟温度动态范围、温度分辨率、空间分辨率、帧频)。

γ模拟器与EMP模拟器同步运行可行性研究

γ－ＥＭＰ组合模拟器的关键问题是实现γ模拟器与ＥＭＰ模拟器的准确同步运行。分析了组合模拟器对γ模拟器同步性能的要求，指出γ模拟器动作时间的抖动ΔＴγ至少应达到γ脉冲半幅值宽度的１／２的水平。分析研究了选择闪光－Ⅰ作为γ模拟器时存在的困难和改进同步性能的途径。讨论了选择闪光－Ⅰ－Ａ作为γ模拟器时的同步性能和可行性。

美国海军全舰电磁脉冲模拟器发展综述

电磁脉冲是一种通常由高空核爆炸引起的瞬间电磁能爆发,能够对海军舰载电子信息系统及武器装备等造成严重影响甚至是毁伤。为了解美国海军在全舰电磁脉冲效应研究方面的相关信息,调研美国海军曾建造的两代舰船电磁脉冲辐射环境模拟器的参数、试验场选址及多次全舰电磁脉冲试验情况,并介绍目前正准备建造的新一代全舰威胁级电磁脉冲模拟器的参数和要求,以及当前用于全舰试验的电磁脉冲模拟器替代品-低幅度连续波扫频辐照系统,分析这些设施在当前美国海军电磁脉冲试验与鉴定中的重要性和作用,探讨美国海军建造新一代全舰电磁脉冲模拟器面临的主要问题。指出,全舰防护研究工作的重要内容是建造全舰电磁脉冲试验设施,开展全舰电磁脉冲效应建模与仿真,并制定相关的试验与防护标准等。

电磁脉冲模拟器下架空线缆响应的实验研究

实验研究架空线缆的电磁脉冲(EMP)响应。利用有界波EMP模拟器和辐射波EMP模拟器产生的电磁环境,分别开展了架空线缆的响应实验,有界波模拟器下进行了4.6m长、0.5m高的单、多根短线缆响应实验,辐射波模拟器下进行了40m长、3.3m高的长线缆响应实验。实验测试了线缆在端接不同负载时端点处的电流响应,并与基于Agrawal模型的计算结果进行了对比。结果显示,两种实验环境下的测量和计算结果吻合较好。这表明,有界波EMP模拟器和辐射波EMP模拟器均可以开展线缆的EMP响应实验研究,并且实验结果也验证了运用Agrawal模型预测分析线缆EMP响应的有效性。

模拟器电磁场与实际电磁场耦合响应等效计算

辐射波模拟器产生的脉冲电磁环境能够近似模拟高空核爆电磁脉冲(HEMP)的自由场,然而在实际HEMP威胁环境中,施加在地面设备上的电磁场是电磁脉冲入射波与地面反射波的合成场。通过计算不同入射情况下,HEMP自由辐射场经损耗地面反射叠加形成的总电场,对比其与初始入射场的强度及波形变化,分析了地面附近合成电磁场的特点。提出一种将模拟环境效应与实际环境效应进行等效转换的计算方法,应用该方法计算了入射波电场45°极化情况下的模拟环境效应修正因子。分析计算结果,建议在开展HEMP效应的辐射波模拟试验中,应将受试设备放在至少三个相互正交的方向上进行测试,同时适当减小模拟器产生电磁脉冲的宽度。

近地九芯电缆高空电磁脉冲耦合模拟试验

几个单位联合进行了三轮近地电缆高空电磁脉冲耦合模拟试验。试验得到九芯电缆屏蔽层感应电流(皮电流)、芯线感应电压(芯电压)、芯线感应电流(芯电流)以及环境场之间的关系;分析了皮电流波形随外皮接地状态的变化,芯电压随负载电阻的变化;基于皮电流振荡频率与电磁波传播速度的关系,提出了屏蔽层-大地"传输线"等效相对介电常数概念,给出了等效相对介电常数随电缆高度变化的拟合式;皮电流计算与测量结果在波形、振荡周期、衰减规律等方面有较好的一致性。

电磁脉冲辐射场试验技术

针对电磁脉冲辐射场试验的特点和参试电子设备对辐射场试验的需求,介绍了利用辐射波电磁脉冲模拟器进行效应试验过程中,总触发信号、环境场监测信号等的选取原则及获取方法。结合电磁脉冲孔缝耦合效应和穿透耦合效应,分析了试验状态设置在辐射场试验中的重要性。测量结果表明:所给出的总触发信号具有信号稳定、幅值大、到达时刻可以精确计算的特点,适合作为触发信号,用于记录设备的触发;所给出的环境场监测信号具有波形特性好、幅值适中、易于读数等特点,适合作为基准波形,用于对环境场变化的监测和归一化处理。

冲击脉冲辐射天线辐射场计算及应用

根据由张量法得到的任意线天线电场计算公式,利用镜像法推导,得到冲击脉冲辐射天线辐射电场的时域解析表达式。应用该表达式计算冲击脉冲辐射天线应用于辐射波电磁脉冲模拟器的时域辐射场,并与数值计算进行比较,结果表明:解析计算得到的辐射场波形与数值计算结果吻合较好,因此,利用解析表达式可以方便地观察天线结构参数对天线辐射场波形的影响,从而选取合适的参数以产生符合标准要求的天线场波形。

基于模拟光源的遮阳窗口系统太阳得热系数测试研究

为精确测量各种遮阳窗口系统的太阳得热系数,搭建一套遮阳窗口系统太阳得热系数测定实验平台。该平台主要由太阳辐射模拟器、环境室、热箱、试件、热计量箱、循环水温度控制及计量系统等组成。实验测试基于稳定传热原理测量2个恒温箱之间建筑围护的净热流值,平台对温度、流量、太阳辐射强度等热物理参数实时监控,能实现系统工况参数的自动检测、监控与存储,从而实现智能控制。接着,重点分析实验测试所需的3个标定测试以及测试方法。最后对典型试件进行测试,并与Windows 7.4的计算值进行对比,研究结果表明测试数据与计算数据具有较好的一致性,测试平台的可靠性较高。