电磁脉冲区域传播数值模拟是电磁环境效应分析的重要环节, 面临空间尺度巨大、多辐射源、复杂地貌等技术挑战。本文介绍了三维时域全波电磁模拟并行软件JEMS-FDTD的研制进展。在大规模并行计算FDTD方法的基础上结合自适应网格技术, 研制了一种适应于大区域电磁脉冲传播的高效时域全波计算方法。并基于该技术实现了千km2级城市电磁脉冲区域传播的数值模拟, 获取了全空间的时域电磁场信息, 验证了软件在电磁脉冲区域传播仿真应用中的可行性。

设计了一种差分开关振荡器，能够产生中心频率300 MHz的差分衰减振荡信号，并研制了基于差分开关振荡器和螺旋天线的辐射系统。首先将相同中心频率的差分开关振荡器与单端开关振荡器对比，表明差分开关振荡器的耐压和输出电压是单端开关振荡器的两倍；然后介绍了差分开关振荡器的设计方案，对其阻抗特性和静电场分布进行了分析，仿真了其瞬态工作过程；之后根据差分开关振荡器的输出形式，研制了一种差分注入的螺旋天线，作为系统的辐射天线；最后介绍了该差分型辐射系统在不同辐射距离，不同充气气压下的实验结果，并与单端型辐射系统进行了对比。结果表明，该辐射系统能够产生中心频率300 MHz，百分比带宽约20%的高功率宽带电磁脉冲，最大辐射场强约18 kV/m，有效电势约110 kV，场强与单端型辐射系统相比近似提高了1倍。

为满足不同尺寸效应物抗强电磁脉冲（EMP）性能试验的需求，产生覆盖范围更全面、波形更理想的模拟电磁环境，对基于Marx发生器的一级脉冲陡化EMP模拟器驱动源的基本构成与工作原理进行了介绍。结合实际设计与调试经验，分析了设计该类装置时可能遇到的一些问题以及解决的方案。给出了研制的电压等级在100~600 kV的中小型EMP模拟器驱动源的结构、参数与输出指标。通过紧凑型Marx发生器、低电感平板型薄膜电容器、低电感输出开关等关键部件与连接结构优化、器件参数选取，获得在驱动源接120~180 Ω负载时可输出前沿1.2~2.7 ns、半宽32~41 ns的双指数波。

针对电磁脉冲对太阳电池造成的损伤效应，通过器件电路联合仿真的方法，在建立硅太阳电池单元器件模型的基础上，分析研究了在阶跃脉冲电压的注入下，太阳电池性能的退化情况。结果表明：在电压幅值一定时，上升时间存在一临界值，当上升时间大于这一临界值时，太阳电池的性能退化是可恢复的，小于这一临界值时，太阳电池短路电流和开路电压将迅速衰减，填充因子也随之减小，电池部分失效甚至全部毁坏。在上升时间一定时，不同幅值的电压都会使得电池的短路电流和开路电压下降，但相对于开路电压，短路电流的下降并不显著，当电压幅值大于某一值时，开路电压下降趋于加快，随着电压幅值的不断增加，太阳电池将被击穿，从而完全失效。

为了研究等离子体产生时的气体击穿特性，利用低气压条件下气体击穿场强阈值模型，分析了He、Ne、Ar、Kr、Xe和Hg蒸汽等6种典型放电气体的击穿阈值随入射波频率、电子温度、气体压强以及气体温度的变化规律。结果表明: 气体击穿阈值随气体压强的增大而减小，随气体温度、电子温度和入射脉冲频率的增大而增大。气体压强和入射频率对击穿阈值的影响大于气体温度和电子温度，在所考虑的范围内，气体压强对击穿场强的影响约为100 V/m，入射脉冲频率对击穿场强的影响为50~300 V/m，气体温度和电子温度对击穿场强的影响为20~30 V/m。当考虑气体压强、气体温度以及电子温度等因素的影响时，各种气体的击穿场强阈值产生的变化规律相类似；但考虑入射频率的影响时，不同气体的击穿场强阈值差异很大。在所考虑的典型放电气体中，Xe具有最低的击穿场强阈值，He的击穿阈值最大。

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。

针对采用TEM小室或GTEM室校准测试时从输入端获取信号的需求，设计了一种同轴型脉冲电压探头；该探头为微分型输出，采用数值积分可获得脉冲电压波形；其灵敏度系数可调。仿真分析了不同结构探针对探头内部电场峰值分布及对端口特性阻抗的影响，对采用尖针形探针的同轴脉冲探头进行了实验验证，得到了其频域响应曲线和灵敏度系数，分析了灵敏度系数随探针到内导体中心距离变化的规律。仿真和实验结果表明，同轴脉冲探头内嵌的探针采用尖针形时，对端口特性阻抗的影响及内部电磁场的扰动都很小，可满足ns级瞬变脉冲测试校准需要。

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。

利用分布式负载有界波电磁脉冲模拟器提供的电磁环境,试验研究了电话机在我国推荐的1976 HEMP和IEC61000-2-9推荐的1996 HEMP两种波形环境激励下的效应异同性,以及效应的概率分布,应用频谱分析和电磁范数对效应机制进行了分析。结果表明:对于电话机通话中断效应,1996 HEMP要比1976 HEMP的效应阈值稍低,其效应的概率分布可用正态分布来拟合。