论文摘要
研究微波照射条件下建筑物内场分布特性对高功率微波技术、无线通信技术、雷达探测技术和电子设备抗强电磁脉冲加固技术等具有重要意义。论文通过理论分析、软件仿真和实验测量研究了建筑物对高功率微波脉冲的响应特性。论文的主要内容和研究结果如下:首先,论文应用平面电磁波理论,分析了不同极化方向、入射角、介电常数、电导率、损耗角正切和频率下微波在墙体界面的透射特性、墙体内传播的传输特性,以及穿透墙体的衰减特性。得到的结论有:入射角、电导率和损耗角正切越大,衰减常数则越大,而频率越高时衰减常数随上述参量的变化则越明显;平行极化波的功率透射系数随入射角增加先增大后减小,电导率不为零时不存在全透射,垂直极化波的功率透射系数随入射角增加而递减;功率透射系数随频率的升高,先缓慢增加,达到一定频率时迅速上升,最后趋于常数;墙体的透射存在谐振现象,其谐振频率为?m=m/（2d（με）1/2）,σ越大,或tanδ越大谐振现象越不明显;微波穿透墙体的损耗由墙体界面处的反射损耗和墙体内的传输损耗构成,当相对介电常数较小时,频率较低,衰减常数较小,墙体的总损耗主要是墙体界面处的反射损耗,频率较高,衰减常数较大,墙体损耗主要是墙体内的传播损耗;当相对介电常数较大时,墙体界面处的反射损耗较大,墙体损耗主要是墙体界面处的反射损耗。利用模式传输线理论和软件仿真计算得到微波穿透均匀介质墙体的衰减特性,与理论分析的结果相一致。然而,在复杂的周期结构墙体如砖土墙和墙体群对微波传输特性影响的计算中,模式传输线理论计算结果与软件仿真和实验测量结果的变化趋势一致,但在数值上存在一定的偏差。总体而言,模式传输线理论计算量较小,计算速度快,可以用来估算周期结构墙体和墙体群对微波传输特性的影响。利用介质加载闭式圆柱谐振腔对砂浆、砖土块和混凝土等建筑材料的相对介电常数和损耗角正切进行了测量,由测量结果计算得到它们的相对介电常数分别为4、3和4.4左右,损耗角正切在10-2、10-3和10-2数量级,从而为仿真计算奠定了基础。同时测量得到某建筑物的砖混墙对频率为1.5GHz条件下的微波衰减为14dB。最后,根据实际建筑物的结构参数以及建筑材料的电特性的测量结果,建立了三维仿真模型,分析了微波脉冲在建筑物内的传播、反射及透射过程,获得了建筑物内微波场的分布特点;测量了微波场辐射条件下建筑物内典型区域的空间场分布,与仿真结果的规律基本一致。通过建筑物对微波脉冲响应仿真与实验研究,得到了建筑物对微波传输特性影响的一般规律:1)窗户和门大小一定时,不同入射角窄带调制方波脉冲激励下,场增强区域大小与微波通过窗户和门能直接照射到的区域大小呈正比;2)在微波传播方向上,靠近窗沿区域场强明显减小;3)垂直窗户入射时,一定范围内脉冲宽度的变化对场增强区域大小及空间电场最大值影响较小;4)平顶宽度一定时,上升下降沿较短的窄带调制方波脉冲激励下,空间电场叠加增强效应更强,空间电场最大值增益可达7.94dB;5)由于建筑物四周墙体对微波的反射,导致在建筑物内部部分区域存在微波脉冲展宽现象。