HFSS强电磁脉冲测试天线的研究(2)

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Keywords Strong electromagnetic pulse environment, HFSS, Whip antenna，Text system

1 绪论 1

1.1课题背景及研究目的和意义1

1．2电磁脉冲测试技术研究现状2

1.2.1脉冲电场2

1.2.2脉冲电场测试方法2

1.3本文研究内容6

2 强电磁脉冲环境 9

2.1 电磁脉冲基础理论 9

2.1.1 麦克斯韦方程 9

2.2 强电磁脉冲环境介绍 10

2.2.1核电磁脉冲 11

2.2.2 爆炸电磁脉冲（EMP）13

2.3 电磁脉冲测试系统防干扰技术 15

2.3.1电磁脉冲耦合途径15

2.3.2电磁干扰防护技术16

2.3.3 适用于本文测试系统的防护方式选取17

3 脉冲天线基本理论20

3.1电磁脉冲测试原理20

3.2天线基本概念21

3.3用于电磁脉冲测试天线的选型与设计23

3.4 一种利用简单天线拓宽强电磁脉冲测试系统带宽的方法24

4 适用于强电磁脉冲测试天线的选型与设计27

4.1 TEM喇叭天线设计仿真27

4.1.1 TEM 喇叭天线特性分析27

4.1.2 HFSS设计仿真过程28

4.1.3设计仿真结果29

4.1.4TEM喇叭天线的优化31

4.2直立天线---鞭状天线的设计仿真33

4.2.1适用于强电磁脉冲环境的鞭状天线的设计仿真33

5鞭状天线标定和测试系统的实验验证39

5.1鞭状天线实际结构39

5.2鞭状天线的谐振频率标定41

5.3适用于强电磁脉冲环境测试系统的实验验证42

结论 44

致谢 45

参考文献46

1 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

电磁脉冲作为一种瞬变的辐射现象，拥有快速上升的陡峭时域前沿以及超宽的频域覆盖。在现代电子对抗中，电磁脉冲已被用于破坏和干扰信息系统，在对抗中，利用电磁脉冲将能量投向目标，导致大量能量耦合进目标线缆中。由于大量能量的突然进入，线缆中将回激发出极高的瞬态电流和电压，在通过线缆的传导和耦合后，系统中的敏感元件乃至电路都会遭到破坏，从而导致整个系统不同程度的损坏或瘫痪。

电磁脉冲爆炸理论第一次出现在1925年，由物理学家阿瑟·康普顿在原子物理的研究中提出[14]。1958年，美国在太平洋进行140万吨当量的核爆炸，在1400km外的夏威夷群岛出现了大量奇怪现象：高压输电装置全部损坏、发电厂、路灯、自来水厂等许多大型自动系统瘫痪，经此现象，美国发现了高空核爆是释放的射线在跟大气作用后，衍生出巨大电流，并伴随产生强大电磁脉冲。经由这些事件，各个国家对电磁脉冲的研究从核电磁脉冲延伸至更为广义的电磁脉冲环境研究。

我们正处于信息时代，不论是常用的通信系统还是军用武器系统中，甚至在我们的日常生活和工作中，电子化程度越来越高。这就暴露了系统对电子元件和电路的依赖性，换言之，不论是通信系统还是军用武器系统，对电磁脉冲的抵抗能力越来越弱。

针对这一现象，20世纪80年代以来，各发达国家对电磁脉冲武器的研制活动十分活跃，进展十分迅速，以电磁脉冲弹为首的电磁脉冲武器已经开始应用于战场上。电磁脉冲弹具有强度高、杀伤范围大、覆盖频谱宽的特点。由电磁脉冲弹产生的电场强度在几公里范围内可以产生万伏/米，能通过门窗、管道、缝隙甚至电缆耦合进入系统造成损害，同时该种电磁脉冲频谱从兆级一直延伸到百兆级，几乎覆盖通讯设备的全部频段。1999年3月，北约轰炸南联盟[17]，美军率先使用了在AGM-86C巡航导弹上装载了电磁脉冲战斗部，该战斗部采用爆炸驱动型磁通压缩产生器(FCG)[16]在爆炸环境中产生电磁脉冲，造成南联盟部分通信设施、电力系统和武器装备瘫痪。2003年3月，伊拉克战争，美军用电磁脉冲弹空袭伊拉克，在破坏伊拉克防空和指挥中心的电子设备中起到了重要的作用。