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
1 西安电子科技大学 物理与光电工程学院, 西安 710071
2 西安电子科技大学 信息感知技术协同创新中心, 西安 710071
3 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
对高空核爆电磁脉冲(HEMP)环境下、地面上方电缆的感应电流进行了研究。考虑有耗地面的影响，提出了一种将时域积分方程(TDIE)和时域传输模式法结合求解有耗半空间上方电缆瞬态电流的时域方法。通过电磁波本征模的关联性得到斜入射有耗半空间平面波的时域反射系数，不需计算贝塞尔函数的无穷项和便可以得到时域反射系数的精确解。最后给出了核爆脉冲照射下地面上方电缆感应的电流的仿真结果。结果表明：对于水平放置的电缆，当反射脉冲到达电缆后，反射场总是试图抵消入射场，使得电缆上感应电流小于只考虑入射脉冲时的感应电流；电缆的耦合电流会随架设的高度发生显著变化，相对于铺地的电缆，架空的电缆有更大的感应电流。
时域反射系数 时域电场积分 高空核爆电磁脉冲 本征模 感应电流 time domain reflection coefficient time domain electric field integral high-altitude electromagnetic pulse eigenmode induced current 强激光与粒子束
2017, 29(10): 103203
1 西安电子科技大学 物理与光电工程学院, 西安 710071
2 西安电子科技大学 信息感知技术协同创新中心, 西安 710071
3 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
利用两次傅里叶变换得到半空间界面的反射波后,将直接入射波和界面反射波两个时域脉冲源通过等效原理引入到包含目标的时域有限差分(FDTD)的计算域中.计算了高功率微波入射情形下,改变入射面、极化方式时天线罩内部观察点的能流密度的变化,并总结其规律.数值算例表明,对于贴近地面的目标来讲,半空间的反射波会给目标内部带来新的能量冲击.该方法可以用于计算目标内部耦合近场及功率密度.
高功率微波 时域有限差分方法 半空间 天线罩 high power microwave finite difference time domain method half space radome 强激光与粒子束
2015, 27(8): 083006
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, 西安 710024
2 高功率微波技术重点实验室, 西安 710024
采用数值模拟和理论分析方法,研究了圆波导内置n-Si探测结构对X波段几种常用电磁波模式的电场响应。首先基于强电场下的热载流子效应,设计了一种利用n-Si进行高功率脉冲实时测量的圆波导探测结构。接着采用三维并行电磁场时域有限差分方法,模拟研究并分析了TE11(两种极化方向)、TM01和TE01模式作用下圆波导探测结构内的横向电场分布特点。结果表明：不同模式下探测芯片内的横向电场均以径向电场为主,径向和角向电场幅度比约为10,而芯片在圆波导内引入的横向电场驻波比均不大于1.3。最后推导了圆波导探测结构在不同模式电场作用下的灵敏度表达式,理论分析指出了探测结构的最大承受功率与圆波导模式有关,最高可达422 MW,响应时间则均为ps量级,初步证实了该探测结构可用于X波段百MW级脉冲波源在线探测的可行性。
探测 高功率微波 圆波导 硅 灵敏度 detection high power microwave circular waveguide silicon sensitivity 强激光与粒子束
2014, 26(10): 103001
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
1 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
针对大型双反射面天线尺寸过大、使用单一的时域方法无法单独模拟其远区辐射特性, 以及使用单一的高频近似技术无法给出准确结果的局限, 给出了用于大型双反射面天线时域辐射模拟的并行时域有限差分(PFDTD)-并行时域物理光学(PTDPO)混合方法。先创建两个用于并行计算的进程组, 一个用于PFDTD计算, 另一个用于PTDPO计算；再根据PFDTD方法计算出双反射面天线馈源的近磁场, 同时根据这些磁场使用基尔霍夫表面积分表达式(KSIR)并行计算出次反射面上及其附近的磁场, 再使用KSIR并行计算出主反射面上的磁场；最后使用PTDPO方法计算出双反射面天线的远区辐射场的瞬态响应。同时, 还给出主反射面口径为40个波长的Cassegrain双反射面天线的算例, 并对馈源相同而口径尺寸不同的双反射面天线进行近轴区的时域辐射模拟。
并行计算 时域有限差分 时域物理光学 辐射模拟 双反射面天线 parallel computation finite-difference time-domain time-domain physical optics radiation simulation dual reflector antenna 强激光与粒子束
2012, 24(11): 2703
