强电磁脉冲对雷达接收机的天线耦合分析

针对强电磁脉冲可以通过天线、线缆及孔缝耦合方式进入雷达系统并造成威胁的问题,对强电磁脉冲经由"前门"耦合进入雷达系统的干扰机制进行了分析,给出了电磁脉冲对雷达天线的能量耦合公式,设计了雷达接收系统,并就强电磁脉冲对雷达接收机的干扰影响进行ADS仿真分析,最后提出了相应的抗电磁脉冲的防护措施.     

复合材料雷体的UWB-EMP耦合效应研究

针对高功率微波(High power microwave,HPM)扫雷装置对现代地雷构成的严重威胁,为提高地雷抗电磁毁伤能力,将不锈钢纤维(Stainless steel fibers,SSF)作为聚酰胺树脂的导电填料,研究新型复合屏蔽材料地雷壳体。针对雷体结构和布设状态,采用时域有限差分(Finite difference time domain,FDTD)数值方法,分析该壳体的超宽带电磁脉冲(Ultra-wide band electromagnetic pulse,UWB-EMP)孔缝耦合规律。加工复合材料地雷壳体样品,内置电子引信并连接电引火头,在微波暗室进行峰值功率1 GW的UWB-EMP辐照下的效应实验,壳体放置天线前的距离大于0.5 m时,内部电子引信能正常工作。结果表明:该壳体能有效提高电子引信地雷抗强电磁毁伤等复杂战场电磁环境下的生存能力。     

微波接收前端高功率微波效应实验研究

高功率微波可通过雷达、电子战装备的天线进入装备内部,这种方式耦合能力强、峰值幅度大,容易造成装备电磁干扰或损伤.因此,有必要开展高功率微波对电子设备的作用效应和防护研究.针对设备级高功率微波效应研究较少的现状,以某X波段微波接收前端为对象,采用注入法开展高功率微波损伤效应实验,获取了效应现象和数据.结果显示,无限幅器保护时,注入微波的峰值功率达到48.8 dBm,单个脉冲就能损伤微波接收前端的低噪声放大器;采用限幅器防护后,注入微波的峰值功率需增加到60.7 dBm,脉冲数增加到100个才能实现微波接收前端的损伤.实验表明,能量沉积是进行损伤的必要条件,通过高峰值功率短脉冲或长脉宽脉冲串,高功率微波都可以对电子设备中的敏感器件造成损伤,综合运用峰值功率、脉宽和脉冲数等参数可增强高功率微波作用效应.在此基础上,还分析了典型参数高功率微波武器对电子设备的作用距离、作用规律,可为武器装备高功率微波效应评估和防护设计提供参考.     

射频电路抗高功率微波关键技术研究

随着社会经济的快速发展和科学技术水平的不断提升,射频电路抗高功率微波成为现代高科技领域中的重要技术手段。本文主要对高功率微波前门注入损伤、接收机前门通道抗毁伤等方面的问题进行分析,并在此基础上就无源电路高功率应用,谈一下自己的观点和认识,以供参考。     

电磁脉冲对数字电路的辐照法与注入法比较

为了研究电磁脉冲注入法在评价设备或系统中电子器件受电磁脉冲辐照作用的有效性,准确评价电子器件在工作时的抗电磁脉冲能力,选取了某导弹装备上信息处理模块的串行数据分配电路为研究对象,研究了2种雷电电磁脉冲对电路的辐照效应与注入效应,总结了耦合规律与作用机理,讨论了直接注入与辐射耦合的相关性,探讨了电磁脉冲抗扰度的实验方法.研究结果表明,电磁脉冲的注入法与辐照法是不相关的,注入法不能替代辐照法.     

终端负载对同轴电缆超宽带辐照效应的影响

为研究同轴电缆对超宽带高功率微波的电磁耦合特性及其对终端电气设备的影响,将同轴电缆终端连接设备等效为集总负载,构建了超宽带辐照实验系统,设计了同轴电缆耦合实验平台,实验研究了不同终端负载条件下同轴电缆终端负载耦合响应电压变化规律,并分析了同轴电缆电磁耦合机理,研究结果表明:终端负载响应电压波形的振荡周期及耦合响应频率点只与同轴电缆特性有关,与终端负载情况无关;终端负载变化对终端负载耦合响应电压有较大影响。     

E面扇形喇叭天线对电磁脉冲响应特性的分析

运用时域有限差分法（FDTD）,计算和分析了E面扇形喇叭天线对超宽带（UWB）电磁脉冲、高空核爆电磁脉冲（HEMP）和高功率微波（HPM）的响应特性,并且通过瞬态近远场变换计算了天线对入射脉冲产生的远区场响应,并利用傅里叶变换得到了响应频谱.经分析得出入射脉冲不但会对天线的连接设备造成损伤,而且由于E面扇形喇叭天线所具有的高增益特性,使得进入天线口径后产生反射的电磁脉冲幅值被增大,在远区场形成较大场强,从而将会对接收设备造成物理损伤.     

非核电磁脉冲在坑道中的传播

为了研究非核电磁脉冲在坑道中的传播规律,基于旋转对称时域有限差分法建立了圆形截面坑道的数值分析模型,以圆波导中TE01模、TE11模和TM01模作为激励模式,计算了不同载频的高功率微波和不同脉宽的超宽带电磁脉冲的衰减。结果表明:非核电磁脉冲随着传播距离的增加,衰减基本上是线性变化的,但在传播过程中,载频较高的高功率微波衰减上下起伏比较明显;高功率微波的载频越高,超宽带电磁脉冲的脉宽越窄,波的衰减量越小;TM01模激励较之TE01模和TE11模激励时脉冲的衰减要大。对数值计算结果和试验数据进行了比较,二者吻合较好。     

基于非线性Teager能量算子的TEO-PPM超宽带接收机

针对基于能量检测的脉冲位置调制超宽带接收机对环境中的窄带干扰敏感的缺点,提出一种基于非线性Teager能量算子(TEO)的TEO-PPM超宽带接收机结构.通过TEO的非线性处理,使窄带干扰信号搬移到低频段,从而可以通过一个模拟高通滤波器将其滤除.仿真结果表明,提出的TEO-PPM超宽带接收机可以有效抑制窄带干扰.相对于传统基于能量检测的PPM超宽带接收机,TEO-PPM接收机的性能提升明显且实现复杂度增加不多,可以较好地适用于低成本和低实现复杂度的应用环境.     

静电放电电磁脉冲辐照效应研究

基于传输线理论研究了静电放电电磁脉冲(ESD EMP)对电路的辐照效应机理,并建立了相关的数学模型.参照IEC61000-4-2标准,进行了ESD EMP辐照效应实验,同时实测了耦合板周围电场强度,实验结果表明,当受试设备电路板平行于水平耦合板(HCP)放置时,在电场强度类似的情况下,对水平耦合板(HCP)放电时的感应干扰电压普遍比对垂直耦合板(VCP)放电时高.将实验结果与模型分析比较,结果吻合良好,因此可以用此模型来研究静电放电产生的电磁脉冲场与电子系统的能量耦合问题.本文研究也表明现行的IEC61000-4-2标准存在不足,水平耦合金属板会改变静电放电电磁脉冲辐射场的入射方向,对测试结果影响较大,需要对被测设备(EUT)的摆放位置作进一步的规范.     

射频前端强电磁脉冲防护研究进展

未来战争条件下,人为产生的强电磁环境的攻击对通信系统构成了重大威胁,其射频前端电路在强电磁脉冲环境条件下,极易出现性能降级和损毁,导致通信系统工作异常甚至完全失效.因此,研究强电磁环境效应以及强电磁脉冲防护理论与方法,对于提高通信装备在强电磁环境下的生存能力具有重要的意义.文中阐述和分析了射频前端强电磁脉冲防护的的研究内容,并围绕电磁脉冲效应研究、电磁脉冲防护技术研究、电磁脉冲防护标准与效能评估这3个基本内容,从理论分析、建模仿真和实验评价等角度对现阶段国内外开展的电磁脉冲防护研究工作进行了概述和分析,并对射频前端强电磁防护的研究方向和研究重点进行了展望.      

一种新型超宽带微带天线的设计

针对当前无线通信中的热点之一超宽带天线进行研究,提出了一种简单的新型超宽带微带天线结构,并利用电磁仿真软件CST进行仿真验证.仿真结果表明,该天线可在3～25 GHz的频段内达到驻波比,不仅覆盖了FCC所提出的频段,更大大扩展了可用频段范围.同时,该超宽带天线结构整体辐射性能较好,基本符合超宽带通信对天线的要求.     

用于北斗有源天线的自适应发射机电路的设计与实现

北斗卫星导航系统可提供(radio determination satellite service,RDSS)短报文通信服务是其独特之处。为适应北斗RDSS短报文通信收发机制,设计了一种可应用于北斗有源天线的自适应发射机电路。提出并验证了使用分段、低成本的线性放大器代替对数放大器,来实现环路控制电路(voltage control amplifier,VCA);通过在传统北斗有源天线发射链路前端增加自动增益控制电路(automatic gain control,AGC)模组,实现了有源天线在0~30 m对不同射频线缆材质、长度造成损耗的自动适应,从而保证了北斗短报文通信设备在天线端的一致性、可靠性与易用性。     

导航接收机跟踪环路在电磁干扰下的效应律研究

针对在多源电磁干扰下导航接收机跟踪环路失锁规律研究不足的问题，对跟踪环路在双源电磁干扰下的失锁效应模型进行了研究.通过对电磁干扰下相关器输出的等效载噪比数学模型分析，建立了双源电磁干扰下导航接收机跟踪环路失锁的效应模型；然后搭建单源和双源电磁干扰的效应试验平台，对某型北斗导航接收机开展注入效应试验，试验过程中选取了4种不同的干扰信号组合，每种组合下又试验得到了不同的信号功率组合；最后利用试验数据验证了效应模型误差都在1.5 dB以内.该模型揭示了在导航接收机跟踪环路中，双源干扰与单源干扰之间的内在联系，对导航接收机效应规律的进一步研究具有指导意义.      

一种新型介质埋藏贴片天线阵设计

为解决介质埋藏微带天线组阵后天线增益较低的问题,运用介质中电磁波传播理论、微带天线耦合理论、介质埋藏天线技术和微带天线圆极化技术等,采用天线阵元不共介质、同轴馈电、馈电点选在辐射贴片对角线上,在辐射贴片上附加简并分离单元等措施,设计和制作出了一种新型介质埋藏贴片天线阵列. 经仿真计算和实物天线测试显示,天线仿真增益为10.45 dB,实测增益约为9.2 dB,接近同类型的微带天线二元阵增益,该天线符合北斗天线性能要求,采用新型组阵结构后天线增益得到明显提高.      

Propagation characteristics of arrayed transient electromagnetic pulses

Starting from the uniform disk current model, an analytical solution for the electromagnetic pulse axial energy radiation is derived and a physical meaning then given to the axial energy propagation characteristics of a unit antenna. From this solution, a point-source approximation model in the time domain is introduced. Parameters such as the energy propagation characteristics and beamwidth of the electromagnetic pulse beam radiating from arrayed antenna are analyzed theoretically. An arrayed transient electromagnetic pulse generator is developed incorporating a 23×16 ultra-wideband tapered slot antenna integrated with a Blumlein formation line and photoconductive semiconductor switch. Experiments performed over a 2.5 km range confirm that the arrayed transient electromagnetic pulse can propagate in free space with the specified waveform. Moreover, the field components can be superposed in phase, and the radiation beam can be focused into a single pulse. Results from calculations are in agreement with experimental results within the measurement uncertainties.     

一种新型缺陷地结构的双陷波超宽带天线

针对超宽带系统易受窄带信号干扰的问题,设计了一种新型双陷波平面超宽带(UWB)天线,地板采用新型的缺陷地结构(DGS)扩展带宽,通过在八边形天线的辐射贴片上加载2个U形槽实现了3.4~3.9 GHz和5.2~5.8 GHz频段内的双陷波特性,并在馈线上加载枝节改善天线的陷波特性.利用仿真软件研究了2个U形槽对陷波特性的影响,分析了天线的方向图和增益特性,并将其加工成实物.仿真和测试结果表明,该天线形状新颖,结构简单,性能优良,易于集成,能够广泛应用于超宽带无线通信设备中.     

随钻方位电磁波仪器补偿测量方法研究

基于层状各向异性电磁场的解析解,对带有横向天线的方位电磁波仪器进行快速响应数值模拟。以胜利钻井工艺研究院的多频方位电阻率(AMR)仪器和贝克休斯方位电磁波电阻率(APR)仪器为例,对采用轴向发射、横向接收的测量单元分别进行单发单收、单发双收、双发单收以及双发双收的测量组合响应模拟,根据模拟结果对补偿测量的效果进行评价分析。模拟结果表明,单发单收测量单元能实现基本的方位电磁波的测量功能,但易受到地层环境的影响,使其应用受到一定限制。通过发射或接收补偿可以不同程度地消除仪器偏心、相对倾斜角以及电阻率各向异性的影响,使方位电磁波测量资料更好地应用于地质导向中。