有界空间中超大功率超宽带电磁脉冲的传播特性研究

论文摘要

随着电子、电气设备系统微电子化,使电子系统对电磁脉冲的敏感性和易损性日趋严重,尤其是随着超大功率超宽带电磁脉冲武器以及电磁脉冲弹等新概念电子战武器的出现,各国争相开展研究电磁干扰及电磁防护技术。其中,作为一种主要打击武器,超大功率超宽带电磁脉冲的重要性不言而喻。但是,在传播过程中,由于大地、海面等阻抗平面带来的损耗,极大的削弱了电磁脉冲的威力。因此,研究超大功率超宽带电磁脉冲在阻抗表面的传播特性,对于电磁电磁干扰及电磁防护具有及其重要的实用价值。本文首先从介绍当前普遍研究的超大功率超宽带电磁脉冲波形开始,详细阐述了各种超大功率超宽带电磁脉冲的表述形式及业内公认的各种标准,给出了一些典型的超大功率超宽带脉冲的表达公式。其次,详细研究了阻抗平面偶极子辐射的基本模型。众所周知,阻抗平面(如地面、海面、森林等)的电磁参数不仅是高损耗的,而且具有色散特性。这使得研究超大功率超宽带脉冲的传播问题变得非常复杂。通过研究阻抗平面偶极子辐射模型,阻抗平面的等效阻抗中包含了介电常数、阻抗平面电导率和脉冲频率等信息,这样就充分考虑到了实际传播平面的特性,更加细致的模拟传播问题。再次,给出了超大功率超宽带脉冲在阻抗平面传播的数值计算。由于阻抗平面电偶极子辐射模型都是针对单一频率点进行计算的,而对于超大功率超宽带脉冲,需要考察其在一定带宽内脉冲传播衰减的情况,进一步的,特别是其时域的衰减特征。为解决此类问题,先将时域信号变换到频域进行处理,然后将频域结果进行反傅立叶变换,得到时域信号的衰减情况。同样的方法,也可以推广至线天线传播问题中。线天线的辐射场可以看作一系列偶极子辐射场的叠加。只要知道线天线的表面电流分布,就可利用具有不同电流及不同位置的偶极子来等效线天线上的辐射源。对于线天线,都可利用电磁场数值方法(时域矩量法或FDTD算法)得到其表面的电流分布,再利用偶极子来等效天线的表面电流分布,于是利用偶极子的辐射场就可得到线天线的辐射场分布情况。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 引言
• 1.1 研究背景和意义
• 1.2 论文的主要工作
• 第二章 超大功率超宽带电磁脉冲波形
• 2.1 双指数脉冲
• 2.1.1 高空核爆电磁脉冲的各种表述形式
• 2.1.2 国际电工委员会（IEC）制定的国际标准
• 2.1.3 学术出版物和著名实验室的标准
• 2.2 超宽带脉冲
• 2.2.1 美国空军实验脉冲
• 2.3 误差函数脉冲
• 2.4 静电放电（ESD）脉冲
• 2.5 本章小结
• 第三章 超大功率超宽带电磁脉冲传播基本理论
• 3.1 问题描述
• 3.2 阻抗平面上偶极子辐射场基本理论
• 3.2.1 辐射模型
• 3.2.2 精确镜像数值算法
• 3.3 索末菲尔德积分的快速数值算法
• 3.4 数值计算结果
• 3.4.1 垂直偶极子算例
• 3.4.2 水平偶极子算例
• 3.5 本章小结
• 第四章 宽频信号的近地传播
• 4.1 问题描述
• 4.2 部分海洋及地面电磁参数统计
• 4.3 近海面时域信号的传播
• 4.3.1 时域信号的处理
• 4.3.2 数值结果
• 4.4 细天线表面电流计算术
• 4.4.1 FDTD 计算细天线技术
• 4.4.2 天线参数的提取
• 4.4.3 天线算例
• 4.5 本章小结
• 第五章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间已发表或录用的论文