波混沌腔體中電磁效應物理量的統(tǒng)計特性研究.pdf

1、在高功率微波（HPM）效應和電磁兼容(EMC)研究中，研究人員對窄脈沖耦合進入復雜封裝體的問題非常感興趣。本論文主要以隨機矩陣理論、統(tǒng)計電磁學、隨機平面波假說、量子力學和電動力學為理論基礎，采用隨機耦合模型(RCM)對波混沌腔體進行了系統(tǒng)分析。從理論和實驗兩方面對隨機耦合模型開展了研究。
　　然而作為一個新興的研究領域，隨機耦合模型在HPM效應、EMC、抗輻射加固等研究中的應用可以說剛剛起步，還有許多急待解決的問題。本文在對波混沌

2、腔體進行系統(tǒng)分析的基礎上，探討了RCM在各種條件下的實用性。
　　隨機耦合模型是一個結合隨機平面波假說和隨機矩陣理論(Random Matrix Theory,RMT)，用公式表示具有時間反演不變性系統(tǒng)（Time Reversal Symmetry, TRS）和不具有時間反演不變性系統(tǒng)（Broken Time Reversal Symmetry, BTRS）的阻抗、導納和散射的統(tǒng)計模型。采用隨機矩陣描述的波混沌腔體中的“歸一化阻抗

3、”、“歸一化導納”和“歸一化散射”具有通用統(tǒng)計特性，且只與腔體的損耗有關系。
　　RCM模型主要引入具有非統(tǒng)計特性的“輻射阻抗”來描繪耦合孔周圍的詳細信息，采用隨機矩陣理論提供具有統(tǒng)計通用性的物理量來描述波混沌腔體，然后將兩者結合起來復原整個波耦合進腔體的狀態(tài)。
　　本論文首先簡要回顧了國內外HPM效應研究現(xiàn)狀，并分析、對比了現(xiàn)有HPM效應研究方法的特點、使用范圍和局限性，著重從效應目標的不確定性和效應過程的隨機性出發(fā)，引入

4、了隨機耦合模型。接著對隨機耦合模型的理論基礎——隨機矩陣理論、隨機平面波假說、波混沌等進行了描述和分析。為了證明RCM的可靠性和實用性，特將計算機機箱作為微波混沌腔體進行了模擬仿真和實驗研究。重點討論了在計算機機箱內部不同狀態(tài)下RCM的應用，獲得如下主要結論:
　　1.通過模擬仿真、實驗研究和RCM計算研究發(fā)現(xiàn):如果針對一系列相似對象（例如計算機機箱）的效應結果進行統(tǒng)計分析時，系統(tǒng)的效應評估主要建立在大量實驗數(shù)據(jù)基礎上的，采用傳統(tǒng)

5、的數(shù)值模擬和實驗研究方法，傳統(tǒng)的實驗研究方法將需要大量的實驗樣本，而對各種相似效應目標進行數(shù)值仿真則比較耗時。如果采用RCM對系統(tǒng)進行分析，只需知道系統(tǒng)少量系統(tǒng)參量，就可以方便的給出感應電壓（電流）的統(tǒng)計結果。
　　2.對波混沌腔體進行數(shù)值仿真和實驗研究發(fā)現(xiàn):計算機機箱中的散射行為是波混沌散射，RMT計算的歸一化阻抗與模擬（或實驗）得到的歸一化阻抗的統(tǒng)計特性一致;歸一化阻抗和歸一化導納本征值實部、虛部的統(tǒng)計特性非常一致，且與系統(tǒng)的

6、耦合無關，不會隨著參考面的移動而改變;隨著腔體損耗的增加，插入相移分布逐漸趨于均一分布;輻射阻抗結合隨機矩陣理論可以快速還原已知系統(tǒng)的腔體散射矩陣。
　　3.搭建了實驗平臺，通過實驗測量系統(tǒng)關鍵部位感生電壓（電流）的大小以驗證RCM的實用性。結果表明:兩者的統(tǒng)計結果趨勢基本一致，且實驗測量范圍與RCM計算的頻數(shù)出現(xiàn)最多的范圍基本一致。在實驗過程中注意到輻射散射過程的測量直接影響到最終的統(tǒng)計結果。
　　RCM在統(tǒng)計電磁學、電磁