時(shí)域有限差分法在分析快前沿電磁脈沖模擬器場(chǎng)的傳播與分布中的應(yīng)用.pdf

1、本文對(duì)時(shí)域有限差分法(FDTD)的基本原理和吸收邊界條件進(jìn)行了討論，采用FDTD法結(jié)合環(huán)路積分法，模擬電磁脈沖(EMP)在快前沿有界波模擬器中的傳播，研究傳輸線結(jié)構(gòu)形式對(duì)場(chǎng)的傳播和場(chǎng)的分布的影響，探討傳輸線過(guò)渡段夾角變化與場(chǎng)的上升時(shí)間的關(guān)系，給出了傳輸線的電磁泄露以及試驗(yàn)大廳墻體對(duì)模擬器工作空間電場(chǎng)波形的影響隨距離的變化，為快前沿有界波模擬器傳輸線結(jié)構(gòu)的選用和設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。本文討論的快前沿有界波模擬器有三個(gè)不同的結(jié)構(gòu)形式:亞納秒前沿

2、有界波模擬器，大型快前沿有界波模擬器，千兆赫橫電磁波(GTEM)傳輸室。
　　在亞納秒模擬器的研究中，分析了適合亞納秒脈沖傳播的傳輸線結(jié)構(gòu)形式，對(duì)傳輸線結(jié)構(gòu)與場(chǎng)的上升時(shí)間的關(guān)系進(jìn)行了理論分析;分別用三種雙指數(shù)波形作為激勵(lì)源，對(duì)EMP在亞納秒模擬器中的傳播和分布，進(jìn)行了FDTD法數(shù)值模擬;并對(duì)模擬器工作空間場(chǎng)的傳播和分布進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。數(shù)值模擬與實(shí)測(cè)結(jié)果在場(chǎng)的傳播和分布上很好地吻合。亞納秒模擬器的上升前沿約為0.8ns，且工作穩(wěn)定性

3、很好，在1×1×1m3工作區(qū)域內(nèi)，電場(chǎng)最高場(chǎng)強(qiáng)達(dá)到50kV/m，其左右分布比較均勻，基本滿足電子儀器EMP效應(yīng)與電磁兼容試驗(yàn)的需要。
　　大型快前沿有界波模擬器的突出特點(diǎn)是脈沖前沿較快(2.5～5ns)，工作空間較大(6m×6m×4m)，適合進(jìn)行較大設(shè)備的試驗(yàn)。本文用FDTD法結(jié)合MPML吸收邊界條件對(duì)該模擬器進(jìn)行分析時(shí)，除了要考慮到FDTD法中的數(shù)值穩(wěn)定性問(wèn)題和數(shù)值色散問(wèn)題，還要考慮計(jì)算機(jī)存儲(chǔ)空間和計(jì)算時(shí)間的要求;本文針對(duì)傳輸線

4、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的問(wèn)題，研究前過(guò)渡段長(zhǎng)度及錐角變化對(duì)脈沖前沿的影響。數(shù)值計(jì)算結(jié)果表明，在工作空間中的場(chǎng)分布基本上是均勻的，且關(guān)于中心線呈對(duì)稱(chēng)分布，兩端略有降低，與理論分析一致;在前過(guò)渡段長(zhǎng)度一樣的情況下，對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的傳輸線比非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)的傳輸線更利于傳輸快前沿的EMP;本文對(duì)大型快前沿有界波模擬器傳輸線結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，還在展望部分提出了應(yīng)用介質(zhì)透鏡的設(shè)想。
　　為了解大尺寸GTEM室的頻譜特性，本文選用高頻特性較好的高斯脈沖源，分別以入射波頻寬為