强激光与粒子束
2022, 34(12): 123003
西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室,西安 710024
测量了9.5 m高的水平极化有界波电磁脉冲模拟器的内部场,并根据实验测量结果分析了该模拟器内场分布特性,包括一定区域内场均匀性的定量分析及模拟器内部有效测试空间的确定方法,进而对最低位置为距离地面2 m的有效测试空间进行了预估。实验结果表明:位于该模拟器双锥中心正下方且距离该中心5.5~7.5 m的测点场的峰值基本按照测点与双锥中心间距的倒数衰减,且随着测点与双锥中心间距的增大,因锥与极板不连续结构导致的波形变化在时间轴上滞后,而因地面影响导致的波形变化在时间轴上提前;在距离地面比较高的水平面上,两极板之间场的外泄方向场的衰减比双锥中轴线方向场的衰减更慢;该模拟器内部距离地面2 m的水平面上12 m×12 m的区域内所取测点的归一化场平均峰值约为0.678,归一化场平均峰值的标准偏差约为0.068 9,场的均匀性约为2.039 dB。
水平极化 有界波 模拟器 电磁脉冲 场分布 horizontally polarized bounded-wave simulator electromagnetic pulse field distribution 强激光与粒子束
2021, 33(4): 043005
强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室(西北核技术研究院),西安 710024
将基于MPI平台的并行时域有限差分(FDTD)方法与基于完全磁导体(PMC)镜像法相结合,并结合CST模拟软件,模拟给出分布式负载垂直极化有界波电磁脉冲(EMP)的外泄场(包括侧泄场和后泄场)的分布规律。模拟结果与实验结果符合得很好。研究表明:在高度方向上,地面附近的外泄场峰值最大,但远离模拟器时,在1.5 m高的高度范围内,外泄场的峰值差别不大;不管采用何种双指数脉冲源,距离模拟器边缘位置比较近的测点在传输线段的侧泄场的幅值大于分布式负载段侧泄场的幅值,且两者都大于分布式负载末端的后泄场幅值,但随着测点与模拟器边缘的垂直距离的增加,分布式负载段的后泄场可能会比侧泄场大;对于电压峰值相同的双指数激励源而言,所含的高频分量越多,在一定范围内,从其分布式负载末端外泄的后泄场更大;模拟器下方大地的电导率增加,模拟器的外泄场增加。
分布式负载 有界波 模拟器 电磁脉冲 外泄场 distributed load bounded wave simulator electromagnetic pulse(EMP) leakage field 强激光与粒子束
2020, 32(5): 055002
陆军工程大学 电磁环境效应与光电工程国家级重点实验室, 南京 210007
利用基于有限积分法的电磁场仿真软件CST仿真和分析了金属挡板对大型平行线栅有界波模拟器内部可用测试区和外部辐射电场分布的影响。首先建立了平行线栅有界波模拟器仿真模型,并依据GJB 8848证明了其合理性;而后重点分析了金属板对模拟器内部可用测试区电场分布的影响,并通过详实的数据列出了金属板位置、厚度、高度和长度等参数的具体作用效果;然后讨论了金属板对模拟器外部辐射电场的屏蔽效果;最后结合仿真结果提出金属挡板的设置应尽可能地远离模拟器,且有效反射面积越小越好,而对厚度无特别要求。
高空核电磁脉冲 平行线栅有界波模拟器 内部电场分布 可用测试区 外部辐射场 屏蔽效果 HEMP parallel wire-grid bounded-wave simulator internal electric field distribution available test volume external radiation field shielding effectiveness 强激光与粒子束
2018, 30(7): 073204
西北核技术研究所 强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室, 陕西 西安 710024
为满足有界波模拟装置指标需求, 研制了一台高功率窄脉冲源。利用 Marx发生器并联充电、串联放电的原理, 该脉冲源可实现百千伏的脉冲高压输出, 其最终输出电压幅值 100 kV, 上升时间1.8 ns, 脉冲半宽 40 ns, 满足模拟装置指标要求。该脉冲源结构紧凑, 直径 18 cm, 长度 97 cm, 可用于在室内开展高空核电磁脉冲对待考核系统所产生的破坏效应和加固技术研究工作。
有界波模拟器 脉冲源 核电磁脉冲 bounded-wave Electro Magnetic Pulsesimulator pulse generator Nuclear Electro Magnetic Pulse 太赫兹科学与电子信息学报
2016, 14(6): 982
1 西安交通大学 电气工程学院, 西安 710049
2 深圳供电局有限公司, 广东 深圳 518000
提出了一种基于时域反射原理的平行板传输线特性阻抗仿真计算方法,利用该方法借助CST软件构建模型对平行板传输线的特性阻抗值进行了仿真计算,同时重点研究了下极板展宽结构对特性阻抗值的影响.以仿真计算结果为基础,对原有特性阻抗公式进行了修正,提出了包含下极板展宽结构在内的不对称结构的平行板传输线阻抗计算公式,该公式可作为计算有界波模拟器等电磁脉冲模拟装置特性阻抗的参考公式.
平行板传输线 有界波模拟器 时域反射 特性阻抗 解析修正 parallel coaxial line bounded-wave simulator time domain reflection characteristic impedance modification 强激光与粒子束
2015, 27(8): 083201
1 强脉冲辐射环境与效应国家重点实验室(西北核技术研究所), 西安 710024
2 西安交通大学 电子与信息工程学院, 西安 710049
3 清华大学 工程物理系, 北京 100084
利用时域奇异值分解(SVD)技术对并行时域有限差分(FDTD)方法计算得到的分布式负载平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器内的场进行模式分析,给出有、无效应物时模拟器内场的3个主要模式(即TEM,TM1和TM2模)奇异值的变化及该奇异值随效应物的位置及高度的变化规律.研究结果表明:电磁波在模拟器中传播时,其主模TEM模的高频分量在衰减;效应物越靠近源时测试点场的3个主要模式所对应的奇异值变化越大;且当效应物的高度与所在位置处两极板距离之比小于等于60%时,效应物附近位置处场的TEM模对应的奇异值会出现两个极大值点,两点的水平间距与效应物的水平尺寸相当.
分布式负载 平行板 有界波 并行FDTD distributed terminator parallel plate bounded wave parallelized FDTD SVD SVD 强激光与粒子束
2015, 27(7): 075001
1 西北核技术研究所 强脉冲辐射环境与效应国家重点实验室, 西安 710024
2 西安交通大学 电子与信息工程学院, 西安 710049
为快速估算出垂直极化平行板有界波电磁脉冲(EMP)模拟器的时域近场,将散射传递函数法应用于该类型模拟器近场的时域计算中,即对于给定的脉冲源,先寻找有效频谱范围能覆盖该源的高斯脉冲源,并应用时域有限差分(FDTD)方法计算该高斯脉冲源激励时模拟器中测试点场的时域响应,再利用傅里叶变换、系统的传递函数及傅里叶逆变换计算得到给定脉冲源激励时各测试点场的瞬态响应。所得计算结果与直接使用给定脉冲源激励时FDTD方法的计算结果符合较好。所述方法可用于同一模拟器在不同脉冲源激励时辐射近场的快速估算,能大大减少FDTD模拟计算的次数,尤其对于中大型模拟器能有效减少计算时间和内存。
散射传递函数法 快速估算 垂直极化 有界波电磁脉冲模拟器 时域有限差分 scattering transfer function fast estimation vertical polarization bounded wave EMP simulator finite-difference time-domain 强激光与粒子束
2014, 26(11): 115005
1 西北核技术研究所 强脉冲辐射环境与效应国家重点实验室, 西安 710024
2 西安交通大学 电子与信息工程学院, 西安 710049
将并行时域有限差分方法用于分布式负载平行板有界波电磁脉冲模拟器模拟,并给出模拟器的尺寸参数对工作空间半高处几个测试点场的影响。研究结果表明:与源在x轴向距离上越靠近的点,其电场的上升沿越小;模拟器传输线最大宽度和最大高度之比为2,且下金属板宽度与传输线最大宽度相同时,测试点场的上升沿较小,半高宽较大;随着传输线在x方向投影长度的增加,与源位置x轴向等距离的测试点场的峰值增大,场的上升沿减小,但减小的量趋于平缓。且同轴线馈电时得到的各测试点场脉冲的上升沿要比直接加平面电场源的方式更大一点,半高宽则要小一点,但两者波形相似。
分布式负载 平行板 有界波 电磁脉冲模拟器 并行有限时域差分 distributed terminator parallel plate bounded wave electromagnetic pulse simulator parallelized finite-difference time-domain 强激光与粒子束
2014, 26(3): 035001
1 西北核技术研究所 强脉冲辐射环境与效应国家重点实验室, 西安 710024
2 西安交通大学 电子与信息工程学院, 西安 710049
介绍了用于集总负载平行板有界波电磁脉冲模拟器模拟的并行时域有限差分方法,分析了模拟器的几个尺寸参数对工作空间的场的影响。研究表明:当下金属板宽度大于或等于工作空间平板宽度的1.5倍时,前过渡段附近的测试点电场的上升沿受前过渡段投影长度的影响较小,而工作空间中心附近的测试点电场的上升沿则随着投影长度的增大而减小,但减小趋于平缓;所有测试点电场的上升沿均随下金属板宽度的增大而减小,但减小趋于平缓;对于前过渡段投影长度固定的模拟器,其高度并不是越小(大)越好,而是存在一个最佳高度值。
集总负载 平行板 有界波电磁脉冲模拟器 并行时域有限差分 lumped terminator parallel plate bounded wave EMP simulator parallelized FDTD