水面舰船电磁兼容性数字化设计方法——舰船EMC辅助量化设计平台

随着对现代舰船作战能力需求的大幅提高,舰载电力电子设备配置方案日趋复杂,舰船隐身性、集成性与电磁兼容性(EMC)成为论证和设计的焦点,EMC论证和设计迫切需要向数字化、精确化和智能化方向发展。提出了舰船EMC数字化设计方法,定义并阐述了EMC顶层量化预设计概念和内涵,提出了设备EMC指标设计和预检验方法以及EMC设计流程,并对进行EMC辅助设计的数字化平台功能需求进行了分析。在此基础上,提出了"舰船EMC辅助量化设计平台"框架。该设计平台基于数字化预测的仿真系统,能在一个统一的平台上帮助论证和设计人员解决舰船EMC论证和设计中指标量化、方案优选和定量评价难题,将成为舰船实现EMC数字化论证和设计不可或缺的手段。

舰载平面阵天线布置中的电磁兼容性问题及控制措施

以平面阵天线为射频集成系统的典型研究对象,从电磁兼容性层面分别研究平面阵天线装舰的电磁特性、平面阵天线与传统离散天线装舰布置方式的区别,以及平面阵天线间主要的电磁干扰耦合方式。分析并提出阵面天线的应用将使得高场强分布由离散的舰面分布,改变为集中分布并向高空间发展,呈现出立体分布特性;改变原来天线的隔离度特性,将产生新的强近场环境的电磁干扰特征,对舰载天线和电子设备的优化布置产生重大影响。为解决平面阵天线带来的新问题,必须突破的关键技术将涉及辐射源、耦合途径和敏感设备的电磁分析、建模和试验验证等方面,电磁分析需要计入舰船物理环境和天线布置状态的影响。同时,在平面阵天线的优化布置尚无相关标准可依的情况下,可以先通过试验获取不同条件下天线间隔离度数据作为参考,并通过抑制表面波传输等手段进一步控制电磁兼容性。此外,还需加强对上层建筑的空间和频谱的管理,防止各平面阵天线间的相互干扰。

舰船目标电磁散射特性预报新技术研究

舰船作为典型的超电大尺寸目标,其电磁散射特性的预报一直是电磁领域的研究重点和难点。在简述发展现状之后,本文介绍了我们在该领域的两类新技术——基于激光与声波的舰船电磁散射预报新技术研究的进展,包括理论上的相似性以及构建的超声水池模拟测量系统。最后,对新技术的未来发展作展望。

舰船雷击瞬态电磁场时空分布特性

针对舰船在遭受雷击时表面瞬态电磁场分布特性问题,搭建了舰船雷击瞬态电磁计算模型,计算研究了舰船不同位置注入雷电流A分量时,舰船表面电磁场分布与雷击路径、雷击电流波形以及舰船空间位置等的关系。研究结果表明:舰船表面电场强度和磁场强度波形的变化与雷击电流波形密切相关,雷击电流达到峰值时,舰船表面电场强度和磁场强度达到最大值;舰船表面的电场强度和磁场强度,在雷击点附近最大,整体上随与雷击点之间距离的增大呈指数衰减关系;雷电流泄流路径越短越宽,路径上电场强度和磁场强度衰减速率相对越快,磁场强度随距离变化的衰减速率大于电场强度。此外,曲率半径小的舰船结构,表面电磁场强度相对较大,舰船墙壁与甲板交界处电磁场强度较小,墙壁与甲板起到了电磁屏蔽作用。

大规模有限周期结构电磁特性的快速算法研究进展

周期结构在阵列天线、频率选择表面和超材料方面都有着广泛的应用,而针对大规模有限周期结构电磁散射、辐射特性的快速算法也一直是计算电磁学的热点与难点.本文中,简要介绍了矩量法中几类分析大规模有限周期结构电磁特性的有效算法,并对这几类方法的优缺点做了说明,最后讨论了计算电磁学在分析大规模有限周期结构领域未来的可能发展方向.

一种强电磁设备低频辐射特性等效建模方法

随着高开关频率的新型电力电子器件广泛应用到舰船等平台上的强电磁设备中,强电磁设备产生的低频辐射会对平台上的敏感设备产生严重的影响,因此必须对强电磁设备的低频辐射特性进行准确建模表征,支撑开展强电磁设备低频场分布特征的量化预测,以便提升整个平台的电磁兼容性能。传统等效偶极子法在对大尺寸辐射源进行等效建模时,存在偶极子阵列所需的等效偶极子源数量多,高度、位置选择困难等问题。为解决上述问题,该文提出一种基于自适应差分进化算法的强电磁设备低频辐射特性等效偶极子建模的方法。该方法从强电磁设备附近的近场辐射特性测试数据出发,将强电磁设备低频辐射等效为分布在多个区域的偶极子阵列组合的分布式辐射源,并通过自适应差分进化算法优化各区域偶极子阵列的数量、位置以及高度等等效源参数,并通过试验和算例验证该方法可在满足一定精度条件下,能大幅度减小偶极子数量,得到强电磁设备最优的低频分布式等效源模型。

电磁计算在复杂舰船平台电磁环境效应量化设计中的应用与挑战

随着科学技术和军事战略的发展,舰船平台将广泛采用隐身化、射频集成、集成上层建筑等新技术,以及新体制信息系统、定向能装备等新型装备,以满足对平台性能和体系作战能力的要求,由此复杂舰船平台将面临着由平台内部、编队体系内、战场强电磁脉冲等电磁环境导致的电磁环境适应性问题.通过电磁计算进行复杂舰船平台电磁环境效应量化设计是实现复杂舰船系统级精确电磁设计的关键手段,是保障用频舰船适应平台内外电磁环境的有效途径.为此,本文以电磁计算在复杂舰船平台电磁环境效应数字化设计中应用与面临的挑战为主题,阐述了复杂电磁环境内涵,综合归纳了电磁计算在舰船平台领域国内外应对电磁环境效应的应用现状,深刻分析了复杂舰船平台电磁环境效应控制和电磁量化设计面临的问题及挑战等,最后提出了应对措施建议.

E波段毫米波远距离通信技术研究

【目的】E/W波段毫米波频率覆盖60~110 GHz,频带资源丰富,具备大容量传输的潜力,与激光相比,E/W波段毫米波波束较宽,兼具方向性、抗干扰性和易于对准的优势,是海上远距离无线通信极具发展潜力的频段。然而,大气吸收和海面多径等近海面信道特征制约了E/W波段毫米波传输距离,导致E/W波段毫米波近海面传输存在瓶颈。文章聚焦海上远距离毫米波无线传输方向,运用微波光子技术提出了超宽带毫米波调制解调和变频系统结构,提高了毫米波变频和调制解调性能,进而研究近海面远距离传输系统中最优高阶调制格式,实现了大容量远距离传输。【方法】针对远距离通信系统中功率放大器会给信号带来非线性失真的问题,文章分析了固态功率放大器非线性特性对幅度相位调制(APSK)和正交幅度调制(QAM)等高阶调制格式性能的影响因素。研究了16APSK信号的最优分布方式、欧式距离和内外径比例,还通过等效功率实验测试,对比分析了16QAM和16APSK信号的抗非线性性能。【结果】实验证明,相对于QAM格式,APSK格式更加适用于远距离传输系统。【结论】文章基于16APSK格式,通过等效功率验证,实现了16 Gbit/s和等效34 km的远距离传输性能指标,为海上大容量远距离传输提供了高价值的技术手段。

核电磁脉冲作用下不均匀双绞线的时域耦合特性分析

理想双绞线的几何结构服从于均匀的双螺旋结构,但由于制作工艺、安装条件等因素限制,实际应用中的双绞线其每一个扭矩长度并非相等,这种扭距的不均匀性势必会影响双绞线的抗干扰性能。在这篇文章中,针对量化研究核电磁脉冲作用下的不均匀双绞线耦合响应的需求,建立其时域场线耦合模型,并利用链参数和多端口级联的方法来计算不均匀双绞线的时域响应耦合特性。计算结果表明,在研究的0～1GHz加;在研究的0～400MHz频段内,耦合能量会随着双绞线扭距的增加而增加,且在扭距长度对应的频点处有耦合能量最大值;双绞线扭距的不均匀变化使得谐振点的数量增多,当不均匀程度的线性提高时,线上感应电流的峰值并不呈现线性增加,而是有起伏变化,可得出结论,保证双绞线的均匀性有利于易被电流击穿器件的正常工作。

舰船目标RCS水面模拟试验及其应用探讨

舰船目标作为海上运行的武器平台,其电磁散射的最本质特征体现为目标与海面环境一体化的复合散射。在舰船目标雷达波隐身性设计中,需要开展模拟RCS试验来验证方案可行性。针对舰船所处海面环境的特点,采用双射线追踪方法分析了随机粗糙海面对舰船散射回波特性的影响,提出了关于舰船雷达波隐身设计流程的建议,论证并指出在技术设计阶段需要用接近实际环境的方法进行水面环境舰船隐身设计验证,结合数值仿真与本体RCS试验,掌握并控制舰船隐身性指标和强散射"要害点",并从场地开阔性、测试方法等方面提出了舰船目标RCS水面模拟试验的测试要求,从RCS指标设计验证、强散射中心分析、总体多专业协同设计等方面,探讨了模拟试验方法的应用和发展方向。

单元小型化频率选择表面研究

提出一种基于面—面耦合形成分布电容的单元小型化频率选择表面设计方法。采用在介质材料的正、反两面分别敷设金属导电层,通过上、下层导电片之间的面—面耦合形成较大的分布电容,进而明显降低频率选择表面周期单元尺寸。所设计的频率选择表面能够在未加载集总参数电容和电感的基础上使得频率选择表面的单元尺寸仅为λ/16。不同入射角条件下的传输特性试验结果表明,所提出的频率选择表面设计方法适用于电子设备隐身天线罩的研制。

金属平板对阵列天线端射特性的影响

由阵元构成的阵列天线通常布置于金属板上,金属板的反射增强了其前向的辐射,但会改变其端射特性。本文研究金属平板对阵列天线的端射特性的影响。采用FEKO软件建立仿真模型对阵列天线的端射方向图进行计算,并分析阵列天线端射方向图的分布特性。

宽带低剖面微带滤波器天线设计

论文设计了一种具有全向辐射特性的宽带低剖面微带滤波器天线。利用作为导纳变换器的耦合线,连接微带天线和滤波器的第二个谐振器。在该设计中,微带天线不仅是辐射器也是带通滤波器的最后一阶谐振器。因此,减少了滤波器与天线之间的传输损耗。该天线具有25%的阻抗带宽,3.5mm厚的低剖面,全向辐射方向图和高的带外抑制度。

适用于船舶微电网的直流有源滤波器研究

在船舶微电网中,一些直流敏感负载对纹波的要求极高,为此,提出基于直流有源滤波器(DC-APF)的船舶微电网纹波抑制方法。在基于48脉波整流发电机的船舶微电网系统下,设计了适用于该系统的DC-APF模型。为实现对高频谐波的抑制,解决系统频率发生变化时DC-APF的补偿效果问题,提出了基于自适应准比例谐振(PR)和比例积分(PI)复合控制的电流跟踪方法。为解决负载变化时DC-APF的直流侧电压的稳定问题,采用双有源桥(DAB)变换器来维持直流侧电压稳定。仿真和实验结果表明,在基于48脉波整流的船舶微电网系统下,所提策略能够使DC-APF在稳态、谐波频率变化以及负载变化时均保持良好的补偿效果,同时其直流侧电压始终保持相对稳定。

脉冲涡流测厚中的传感器提离效应补偿方法

铁磁性材料的脉冲涡流测厚信号对试件厚度和传感器提离效应均较敏感,对壁厚特征量的提取造成困难。为了消除提离效应,提出了基于相对磁通量计算的信号处理方法。试验结果显示相对磁通量法对提离效应不敏感,其信号处理结果只与板厚有关。