時域有限差分法在分析快前沿電磁脈沖模擬器場的傳播與分布中的應用.pdf

1、本文對時域有限差分法(FDTD)的基本原理和吸收邊界條件進行了討論，采用FDTD法結合環(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，研究傳輸線結構形式對場的傳播和場的分布的影響，探討傳輸線過渡段夾角變化與場的上升時間的關系，給出了傳輸線的電磁泄露以及試驗大廳墻體對模擬器工作空間電場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構的選用和設計提供理論依據(jù)。本文討論的快前沿有界波模擬器有三個不同的結構形式: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構形式，對傳輸線結構與場的上升時間的關系進行了理論分析;分別用三種雙指數(shù)波形作為激勵源，對EMP在亞納秒模擬器中的傳播和分布，進行了FDTD法數(shù)值模擬;并對模擬器工作空間場的傳播和分布進行了實驗驗證。數(shù)值模擬與實測結果在場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，電場最高場強達到50kV/m，其左右分布比較均勻，基本滿足電子儀器EMP效應與電磁兼容試驗的需要。
　　大型快前沿有界波模擬器的突出特點是脈沖前沿較快(2.5～5ns)，工作空間較大(6m×6m×4m)，適合進行較大設備的試驗。本文用FDTD法結合MPML吸收邊界條件對該模擬器進行分析時，除了要考慮到FDTD法中的數(shù)值穩(wěn)定性問題和數(shù)值色散問題，還要考慮計算機存儲空間和計算時間的要求;本文針對傳輸線

4、結構設計的問題，研究前過渡段長度及錐角變化對脈沖前沿的影響。數(shù)值計算結果表明，在工作空間中的場分布基本上是均勻的，且關于中心線呈對稱分布，兩端略有降低，與理論分析一致;在前過渡段長度一樣的情況下，對稱結構的傳輸線比非對稱結構的傳輸線更利于傳輸快前沿的EMP;本文對大型快前沿有界波模擬器傳輸線結構的設計，還在展望部分提出了應用介質透鏡的設想。
　　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