用FDTD方法研究电磁屏蔽设计问题

本文用时域有限差分（FDTD）方法研究电磁屏蔽设计问题,首先介绍了FDTD方法原理,讨论了FDTD方法应用于电磁屏蔽设计问题时需要解决的几个关键问题,然后推导了孔缝的FDTD算法公式,最后给出了一些计算实例．     

复杂环境下的弹药仓库电磁防护分析

基于FEKO软件构建了弹药仓库电磁屏蔽仿真模型,对弹药库墙体、钢筋网及电磁涂层等的电磁脉冲屏蔽效能的影响进行了研究,得出了一些有价值的规律与结论。仿真表明:在混凝土中添加碳粉、钢纤维等导电材料可显著提高电磁场高频屏蔽效能,但对低频电磁场影响不大;金属涂层与电导率低的复合涂层具有较高的屏蔽效能,随着外部电磁场频率和强度加大,喷有导电涂料的混凝土墙体,屏蔽效应明显增强。对于孔缝屏蔽效能总体是逐渐降低的,但在0.7~0.8 GHz处发生谐振,屏蔽效能最差;钢筋直径与钢筋网格尺寸及组网方式、孔缝形状和大小都对库房的屏蔽效能都有不同程度的影响,为弹药库房电磁防护提供了方法参考与有益尝试。     

电磁发射条件下导弹磁场屏蔽研究

作为一种新型的导弹发射方式,电磁发射技术以法拉第电磁感应定律为基础,产生电磁力推动导弹运动。导弹在发射过程中,会产生强的电磁场环境,使得周围电子设备无法正常工作。利用Maxwell软件,对电磁发射条件下的磁场环境进行仿真分析,并与添加屏蔽体后的环境进行对比,说明了屏蔽体对于磁场环境的屏蔽作用。针对实际应用时屏蔽体通常存在孔缝的情形,对具有不同形状孔缝的屏蔽体进行分析,研究其屏蔽效果的不同。这些将会指导导弹屏蔽体的结构设计问题。     

一种近地面工作时域天线特性分析

由于无载频探地雷达是一种近地面时域毫微秒脉冲探测系统,受半无限大有耗媒质界面的限制,所以对近地面时域天线的辐射特性的分析与计算极为困难。研制了一种贴片电阻加载的振子天线,用FDTD方法对其进行的分析和实际应用结果表明天线具有良好的波形保真度、良好的辐射特性和屏蔽效果,可以广泛地应用于探地雷达和其它超宽带系统。     

建筑物内部电场强度分布特性数值模拟研究

为解决建筑物内部空间电场强度分布难以量化的问题,采用时域有限差分（FDTD）法,对以平面波为激励源,二阶Mur收边界条件的闭合规则建筑物、非规则加窗建筑物和含钢筋非规则加窗建筑物3种模型结构内部电场强度分布特性进行模拟,并通过FEKO软件对计算结果的有效性进行验证。结果表明：普通混凝土材质的建筑物对平面波电场几乎无屏蔽效能;吸波混凝土材质的建筑物对平面波电场的屏蔽效能也较为有限,且随激励源频率的增加,在建筑开窗区域附近的谐振性增强,屏蔽性减弱;通过对植入钢筋墙体建筑物采用细线FDTD法的场强分布计算,证明金属钢筋可提高建筑围护结构的屏蔽效能。     

机动式指挥自动化系统电磁兼容性设计

电磁兼容性设计是机动式指挥自动化系统的重要环节。电磁屏蔽、滤波、接地等技术是电磁兼容性设计的重要方法。电磁屏蔽是抑制辐射干扰的一种有效隔离方法。滤波是抑制传导干扰最直接、最有效的方法,对于瞬态脉冲干扰,最有效的办法是采用脉冲吸收技术。接地的综合考虑,对产品电磁兼容性有至关重要的意义。针对机动式指挥自动化系统的结构和组成特点,给出了一些具体的电磁干扰抑制设计,对满足实际的电磁兼容性方面作出了有意义的尝试。     

印刷对数周期天线的FDTD分析与实验

采用非均匀网格时域有限差分(NU FDTD)方法,对单层印刷对数周期阵子天线(PLPDA)进行了电磁仿真,分析了单面和双面介质盖板对PLPDA性能的影响,得到了PLPDA的驻波和方向图特性,并进行了实验验证,分析结果与实验结果吻合得较好。     

脱落连接器屏蔽设计

战场恶劣电磁环境对导弹武器飞行可靠性和作战效能的影响越来越突出,而作为导弹弹体主要电磁泄漏窗口的脱落插座,其屏蔽的好坏直接影响全弹性能.论证了脱落连接器的4种屏蔽方法和设计原理,给出了电磁屏蔽验证试验方法和结果,其中波导式脱落连接器综合性能较优,结构简单并能有效屏蔽反辐射导弹外界电磁干扰.     

金属橡胶衬垫电磁屏蔽性能与测试

从金属橡胶材料的结构入手,研究了金属橡胶衬垫材料的电磁屏蔽（SE）机理,推导出金属橡胶电磁屏蔽效能的计算公式。通过实验,测量出金属橡胶电磁屏蔽衬垫的电磁屏蔽效能,并对屏蔽效能的计算公式进行了验证,研究结果为金属橡胶材料在电磁防护领域的普及和应用提供理论基础。     

中国电科将石墨烯电磁屏蔽涂料应用于电磁屏蔽工程

正近日,中国电科33所与大同墨西科技有限责任公司通过对石墨烯电磁屏蔽涂料及其工程应用技术的联合研究,在国内首次将石墨烯电磁屏蔽涂料应用于屏蔽工程,并完成了石墨烯电磁屏蔽涂料屏蔽防护样板间的施工,屏蔽效能达到40d B,可实现电磁波阻隔99.99%。石墨烯屏蔽涂料区别于传统的钢结构六面体式屏蔽结构,在常规房间内进行综合电磁防护设计后,     

基于FDTD方法的电波在等离子体中传输特性研究

根据时域有限差分法(Finite Difference Time Domain, FDTD)的基本原理,本文首先分析了等离子体的物理场特性及数值计算,然后介绍了飞行器再入时等离子鞘的形成以及等离子体相对介电常数对波的衰减,最后通过三维FDTD和二维FDTD模拟了电磁波在等离子体中的传播情况,证明了FDTD方法是解决电磁波在复杂媒质中传播的一种有效方法,并探究了飞行器再入段黑障区通信的理论和方法。     

开口金属腔体对强电磁脉冲的耦合效应

为了评价腔体开口因素对核电磁脉冲(High-amplitude Electro Magnetic Pulse,HEMP)和高功率微波(High Power Microwave,HPM)破坏效能的影响,采用CST电磁计算软件建立强电磁脉冲的孔缝耦合模型,研究孔缝的位置、大小以及长宽比对HEMP和HPM耦合效应的影响。结果表明,孔缝的位置、大小及长宽比对HEMP的耦合效应影响较大,合理控制孔缝的位置、大小以及长宽比能在一定程度上削弱HEMP的破坏效能。对于HPM,相同条件下其耦合效应要明显强于HEMP。在孔缝达到一定尺寸后,其大小和长宽比对HPM的耦合效应影响较小,仅孔缝位置会带来较大的影响。当开口平面与HPM入射方向平行时,耦合效应最弱,但此时耦合进入腔体内的能量还是很容易达到多种电子元器件的电磁损伤阈值级别。     

基于FDTD方法的电波在等离子体中传输特性

根据时域有限差分(Finite Difference Time Domain, FDTD)法的基本原理,分析了等离子体的物理场特性及数值计算,介绍了飞行器再入时等离子鞘的形成以及等离子体相对介电常数对波的衰减,通过三维FDTD和二维FDTD模拟了电磁波在等离子体中的传播情况,证明了FDTD方法是解决电磁波在复杂媒质中传播的一种有效方法,并探究了飞行器再入段黑障区通信的理论和方法。     

某通信电台天线超宽带耦合效应研究

利用时域有限差分方法（FDTD）,结合端接负载模型,计算某指挥控制系统置于方舱上壁的鞭状天线的超宽带（UWB）耦合效应。计算结果表明：该天线在超宽带环境中耦合的最大电流在35 A左右;当入射波的电场方向与天线方向一致时,天线上可以感应更大的电流;由于方舱上壁反射电磁场的作用,当仰角在120°左右时,天线上的感应电流峰值最大;超宽带脉冲平行于车长方向入射该系统能比垂直入射该系统,感应出更大的电流。     

抗电磁干扰高分子材料的研究与应用

通过对电磁波干扰的现象分析,阐述了屏蔽作用原理及屏蔽方法,研究了表面导电材料和导电复合材料等抗电磁干扰高分子材料的性能、工艺及其屏蔽效果,并对它们的应用与发展前景进行了讨论。     

电磁屏蔽模型房接地性能实验研究

接地是建筑物实现宽频电磁屏蔽的重要技术措施,而导电的屏蔽功能层与接地系统电连接后也反过来影响接地的性能指标。采用导电混凝土为主料制作接地电极和电磁屏蔽模型房,测试单屏蔽模型房悬空、单电极-单屏蔽模型房接地以及单电极-双屏蔽模型房并联接地3种情况下的接地电阻变化规律。实验发现,屏蔽功能层本身可以等效为一个电阻,与接地系统并联后可以有效降低接地电阻;屏蔽功能层面积越大,电阻降低越多。实验结果可以为建筑物电磁屏蔽工程的接地设计与实践提供参考。     

天线宽频辐射功率的FDTD数值计算

为了实现混响室的仿真电场值与实测值的直接对比,需要计算发射天线的宽频辐射功率．基于坡印廷矢量的面积分,利用时域有限差分算法和快速傅里叶变换,得到了天线宽频辐射功率的快速计算方法．应用该方法对半波偶极子天线和短偶极子天线进行数值仿真,通过仿真值与理论值的比较,验证了该方法的正确性．该方法适用于任何能够用FDTD进行合理建模的电磁设备的辐射功率计算,且一次计算即可得到宽频辐射功率,不仅为混响室仿真结果的归一化打下基础,而且也是分析其他电磁设备宽频辐射特性的可行方法．     

手性导电复合材料屏蔽效能的数值研究

利用建立在单层无限大手性屏蔽体模型基础上的电磁屏蔽公式，将电导率的贡献等效为介电常数虚部的一部分，通过数值分析方法研究了手性参数对导电复合材料电磁屏蔽效能的影响规律，并细化研究了该参数对反射衰减、吸收衰减和多次反射衰减的影响。数值分析发现，屏蔽效能对手性参数、电导率的变化比较敏感。     

硼介质／石墨水泥基材料电磁屏蔽性能实验研究

为增强水泥基材料的电磁屏蔽性能，通过混凝土骨料替换的方法，实验研究了碳化硼、硼砂及石墨组合对复合材料电磁屏蔽效能的影响规律。实验结果表明单纯的碳化硼或碳化硼一硼砂作为水泥基材料骨料时，样品电磁屏蔽性能提升有限，但在添加硼介质时引入适当比例的石墨能有效改善材料的电磁屏蔽性能；另外，硼砂的添加会造成样品明显的缓凝现象，并且会对石墨导电吸波机制产生负面影响。