2018电磁脉冲与短波天线耦合特性的研究

6420624

　　摘 要：近年来，随着社会的不断进步和发展，我国对电磁脉冲与短波天线耦合特性的研究进入了白热化阶段，且在整个研究的过程当中，研究人员还借助电磁学矩量法，对短波天线中存在着的一些问题进行了详细的探究，并根据探究的结果，得出了许多具有较高可行性的解决办法，以提高电磁脉冲与短波天线的耦合性。因此，该文将针对电磁脉冲与短波天线，对其的耦合特性进行深入的分析和探究。
　　关键词：电磁脉冲 耦合特性 短波天线 电磁学
　　1 简析电磁脉冲与短波天线耦合性的重要性
　　目前，由于各种高科技设备以及技术的出现，我国短波天线的类型较以前相比，已经增多了无数倍。而设计人员在对短波天线进行设计的过程当中，也作出了电磁干扰给短波天线的性能造成的影响研究，他们普遍认为：能够引发电磁波出现的因素，除了各种机械设备以及外界环境之外，还应当包括人类的活动，比如：高空核电磁脉冲，它就是一种人为形成的电磁干扰。虽然，这些由不同因素引发的电磁干扰，对短波天线的影响时间比较短，且这种干扰也是能够进行逐渐恢复的。但是，倘若这种电磁干扰的程度比较强烈，那么其给短波天线造成的损害将是无法恢复的。这样一来，不仅大大降低短波天线的运行效率，还会给使用商带来较大的经济损失。因此，为了能够让短波天线实现安全、可靠的运行过程，电磁脉冲与短波天线的耦合特性，就成为了当今社会中的研究热点。
　　2 分析矩量法
　　当在借助矩量法对电磁问题进行分析与处理的时候，要依照研究对象子域的特点及其运行的要求，科学地对基函数进行选择，以确保选用的基函数能够在研究对象的各个子域中发挥出最大的作用，比如：在某一研究对象中，存在着三个子域，它们分别是：连接、导线以及导体域。其中，通过采用某种特定的方法(这里主要是指：三角面元法)对导体域进行分析之后，可确定其基函数为RWG;而导线域的基函数则为三角屋顶。其次，由于连接域可被再分，所以它们的基函数较为复杂，为：
　　上述方程式当中，an代表的是三角形内角的度数和，因实际计算的时候，只选取导体中部的位置，所以它的数值为2;Akn代表的是三角形的总面积;r与r0则代表的是三角形的各个角和连接点之间的平面坐标。
　　3 探析HEMP
　　众所周知，HEMP是一种具有较强电磁干扰特性的电磁波，它主要来自于核爆炸，且它一旦出现，就会给通信系统带来巨大的影响，使整个系统无法实现正常的运转。因此，针对这种电磁波，我国有关部门在二十一世纪初，就提出了HEMP标准，即：波形近似值的前沿在2～3ns的范围之内，电磁场的最大值是50kV/m，脉冲峰的宽度在18～28ns的范围之内，且该电磁波的数学方程式是：
　　其中，E0的值为50kV/m，的值为6108/s，脉冲的宽度暂定为23ns，波形上升阶段的周期是2.5ns，电磁场的最大值时4107/s。
　　另外，HEMP的物理密度公式为：
　　，该计算式中的E(w)指的是电磁波周期变化域中的傅里叶，而另一个字母则代表的是波阻抗，它的值为：377。因此，依照脉冲强度计算式：
　　，
　　可计算出HEMP电磁波中大约有98%的能量，凝聚在100MHz的频段中。
　　4 探析数值仿真
　　我们假定要在某个导体板内安装长度为十米的短波天线，为了确保安装流程的准确度，我们在进行安装之前，先对系统的电流以及阻抗等参数进行分析，同时根据分析得出的最终结果，将其拿来与FEKO进行仿真比较。其中，FEKO的全名是电磁仿真软件。
　　4.1 短波天线参数
　　分别让短波天线在频率为15、30以及45MHz的频段中运行，当频率发生改变的时候，短波天线产生的电流也会随之发生相应的改变，且其变化的方式是：依照正弦函数的形式呈周期性改变的。另外，通过让短波天线在60MHz的频段中输入相应阻抗值的方法，同时借助EFKO软件的仿真对比特性，可以得出这样一个结果：当短波天线处于60MHz以下的频段中之时，其输入的阻抗值变化情况，都与FEKO的仿真结果一致。
　　4.2 短波天线的响应研究
　　我们假设HEMP的入射角为45，仰角也为45，那么通过固定方程式计算出来的短波天线感应电流频率波形图如图1，而在利用傅里叶逆变原理转换而成的时域波形图则为图2。
　　从上文的陈述以及分析中，我们可以得知：能够影响HEMP对通信系统响应时间的因素是入射波频谱，所以HEMP会在通信系统的频率100的频段中产生较大的电磁干扰。此时，系统中的感应电流的最大值就会超过原来的预定最大值100A。而这样的一个数据，对整个通信系统来说，其造成的破坏性是极其强大的。因此，设计人员在对通信系统进行设计的时候，还必须要充分考虑到HEMP对系统造成的电磁干扰，并针对这种电磁干扰，采取一系列有效的防护措施，对其进行预防以及控制，以将HEMP的电磁干扰降至最低。
　　5 结语
　　综上所述，通信系统在我国各个行业当中，都有着较为广泛的应用，比如：轮船制造行业、卫星勘测行业以及飞机科研行业等，且这些行业所处的电磁环境都非常的复杂，加上其对通信系统的要求比较高，往往在一个通信系统中，都要安装无数个短波天线，这就使得整个通信系统必须要具备较高的电磁脉冲与短波天线耦合特性。唯有这样，才能够让通信系统在实际运行的过程当中，不会遭受到电磁波对其造成的破坏性影响，进而直接提高了通信系统的运行效率。与此同时，也可以让由此设计出来的通信系统，成为推动各个行业实现进一步发展的强大动力。
　　参考文献
　　[1] 张昕，王锋.电磁脉冲与短波天线耦合特性的研究[J].现代电子技术，2011，34(5)：187-189.
　　[2] 颜克文.短波通信设备电磁防护技术研究[D].成都：电子科技大学，2009.
　　[3] 陈晋吉.飞机电磁兼容预测仿真研究[D].西安：西安电子科技大学，2013.
　　[4] 肖冬萍，袁军，何为等.高空核爆电磁脉冲对便携式监护仪的辐射效应[J].高电压技术，2011，37(7)：1734-1739.