【摘 要】
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随着信息技术的快速发展,舰船上的电磁场环境日益复杂,体现在覆盖频段越来越宽,功率密度也越来越高。舰船上的电磁干扰源除了电力电缆辐射的强磁场以外,还包括大功率相控阵天线的辐射场和电磁武器发射的瞬时电磁脉冲。高频电磁场激励下,电雷管内部的导线相当于射频电缆,空间场通过线缆耦合的方式传输电磁能量到电雷管的关键部位,对其造成干扰。此外,除了电力电缆的低频磁场和天线、电磁武器发射的高频电磁场之外,广泛应用在
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随着信息技术的快速发展,舰船上的电磁场环境日益复杂,体现在覆盖频段越来越宽,功率密度也越来越高。舰船上的电磁干扰源除了电力电缆辐射的强磁场以外,还包括大功率相控阵天线的辐射场和电磁武器发射的瞬时电磁脉冲。高频电磁场激励下,电雷管内部的导线相当于射频电缆,空间场通过线缆耦合的方式传输电磁能量到电雷管的关键部位,对其造成干扰。此外,除了电力电缆的低频磁场和天线、电磁武器发射的高频电磁场之外,广泛应用在舰船平台上的隐身材料,如涂覆型吸波材料和频率选择表面(FSS)可能会在大功率电磁波照射下激发高次谐波,当激励源频段丰富时可能会引起宽带噪声,对电缆和电爆装置造成二次干扰。本文围绕上述几种电磁兼容问题分别展开研究,主要工作包含以下几个方面:(1)详细介绍如何准确计算编织电力电缆辐射的低频磁场大小。首先,利用电磁暂态仿真软件PSCAD模拟实现了十二脉波整流器和脉宽调制(PWM)变频器,分析了电力电网传输的实际电流波形。随后,基于时域有限元方法对电力电缆在不同屏蔽情形下的近端磁场大小及屏蔽性能进行了预估。最后,通过实验测试验证了电力电缆的低频磁场仿真模型及计算方法的准确性。(2)基于等效电路原理实现了桥丝电雷管在任意频率平面波照射下最大耦合功率的计算。具体思路是将馈电引线看作偶极子天线,电雷管内部线路和终端分别等效为传输线和集总元件。(3)针对无源材料和有源结构的器件在微波段的非线性特性进行了相关研究。利用仿真实验分析了无源材料的非线性效应,基于非线性光学理论和实验实现了有源超材料的非线性极化系数的提取。对于无源结构,研究了入射场强度、传播距离、非线性极化率大小和损耗对高次谐波强度的影响。对于有源结构,加工了基于二极管调控的开关式FSS宽带吸波器和反射器样品,通过大功率电磁波照射实验观察到了二次谐波,测试数据验证了参数提取公式的有效性。该参数提取方法可以确定有源超材料的非线性极化特性,预估高功率电磁波照射下超材料可能激发的高次谐波强度。
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