论文摘要
本文对高功率微波(HPM)耦合进入卫星电子系统的两种方式进行了仿真分析,根据计算结果提出了相应的防护措施,内容分为两大部分:第一部分计算卫星舱外导线的响应波形,据此结果对比现防护体系的防护参数,结果表明:现有大功率限幅器不能实现有效防护,因此提出利用新材料钙钛矿薄膜和等离子体技术发展新型限幅器;HPM波导滤波器承载功率高可有效抑制带外能量的耦合。第一部分主要内容包括:1.在核电磁脉冲、高功率微波和超宽带脉冲作用下,基于BLT方程,用矩量法分别计算了卫星舱外导线和单极天线的响应结果,并进行了详细的分析和比较。2.钙钛矿薄膜体积小、可集成化,在强电场作用下具有电阻变化率大、响应速度快和承受功率高等特点,本文主要研究其在电流限幅领域的应用。3.设计一个中心频率12GHz、带宽50MHz、42.7dB·W/cm~2承载功率的HPM波导滤波器,此类滤波器尤其适用于防护超宽带脉冲和远离中心频率的窄带脉冲。第二部分计算了金属方舱(机柜)的孔缝和光学窗口电磁泄漏。孔缝泄漏采用波导通风孔和导电衬垫加以防护,光学窗口泄漏采用多层透明导电薄膜加以防护。第二部分主要包括:4.基于FDTD,对电子方舱光学窗口模型进行仿真分析,入射脉冲源为垂直入射平面电磁波,得到舱体内部不同时刻的场强分布,该计算结果可用于指导卫星舱体的电磁兼容设计和屏蔽效能SE评估。5.本文设计了一种多层透明导电薄膜,实现了40dB的防护效能,峰值透光率90%,平均透光率超过80%,该膜系兼顾了SE和透光率。6.比较卫星舱内剩余能量和电子器件的能量阈值,当SE>80dB时满足有效防护条件;当SE未能满足要求,采用内部屏蔽设计构成二级级联防护体系可满足有效防护条件。本文的上述理论研究结论对于卫星等飞行器(或机柜)抗HPM加固实验研究具有重要指导意义。
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摘要ABSTRACT第一章 概述1.1 课题背景简介1.1.1 高功率微波武器的特性及杀伤机理1.1.2 高功率微波防护的难点和现状1.2 课题意义及研究方法1.3 论文内容及安排第二章 高功率微波与导线和天线的耦合分析2.1 平面波激励下导线的终端响应2.2 三类入射脉冲2.2.1 核电磁脉冲2.2.2 高功率微波2.2.3 超宽带脉冲2.3 自由空间导线耦合数值模拟2.4 反射面上导线耦合数值模拟2.4.1 反射面参数2.4.2 导线参数2.4.3 电磁波参数2.4.4 HPM和UWB作用下的感应电压波形的典型计算2.5 单极天线耦合数值模拟2.5.1 分析方法2.5.2 电流响应计算结果2.6 本章小结第三章 导线和天线的电磁耦合防护3.1 钙钛矿结构薄膜材料的限幅功能3.1.1 钙钛矿材料介绍3.1.2 钙钛矿材料的应用3.1.3 钙钛矿材料的电效应3.1.4 场致薄膜阻抗变化实验介绍3.1.5 限幅器设计3.1.6 限幅器性能的讨论3.2 HPM波导滤波器3.3 其它防护措施3.4 本章小结第四章 卫星方舱（或机柜）内微波场的空间分布4.1 方舱孔缝泄漏的FDTD分析4.1.1 FDTD的基本原理4.1.2 模型建立4.1.3 仿真结果4.2 方舱光学窗口的电磁泄漏分析4.2.1 模型建立4.2.2 舱内耦合场强的仿真结果4.3 本章小结第五章 屏蔽层孔缝和窗口的防护技术5.1 孔缝屏蔽技术5.1.1 通风口的加固技术5.1.2 接缝的屏蔽5.2 传统的光学视窗屏蔽技术5.2.1 屏蔽玻璃5.2.2 复合可视玻璃板5.2.3 导电玻璃5.3 多层透明导电薄膜的防护技术5.3.1 透明导电薄膜的简介5.3.2 D/M/D建模及屏蔽效能5.3.3 膜系设计及优化5.3.4 膜系的光传输特性5.3.5 膜系A和B的屏蔽效能5.4 内部屏蔽技术5.5 本章小结结束语参考文献致谢作者在学期间取得的学术成果附录A Yee差分算法附录B 有限时域差分的计算方法附录C 差分格式稳定条件推导附录D 完全匹配（PML）吸收边界条件
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