一种水平极化有界波电磁脉冲模拟器内部场强均匀性增强的方法与流程

本发明涉及一种水平极化有界波电磁脉冲模拟器内部测试区场强均匀性增强的方法。

背景技术：

为了系统研究电子系统电磁脉冲(electromagneticspulse,emp)效应以及加固措施，必须建立电磁脉冲模拟设备。目前，国内外已有的水平极化环境模拟设备主要有双锥笼形辐射波天线及水平极化的有界波电磁脉冲模拟器等。

双锥笼形辐射波天线，虽然具有常阻抗、宽频带和平行于双锥天线轴线的场的均匀度好等优点，但需要很大的直径及足够的长度，才能获得足够大的有效实验区面积，这就导致双锥笼型天线的造价昂贵。

水平极化有界波电磁脉冲模拟器，如文献1：baileyv等人发表在《ieeetrans.plasmascience》期刊2010年第38卷第2557-2558页，“a6-mvpulsertodrivehorizontallypolarizedempsimulators”；文献2：朱湘琴等人发表在《计算物理》期刊2018年网络版第1-8页，“大型水平极化电磁脉冲有界波电磁脉冲模拟器的并行模拟分析”，网址：http://kns.cnki.net/kcms/detail/11.2011.o4.20180928.1403.004.html。这种类型的水平极化的模拟器不仅造价低，而且可以提供自由空间及近地面emp环境。不过，这种水平极化有界波emp模拟器必须给受试设备(equipmentundertest，eut)提供均匀的场空间，即用于emp效应实验的有效实验区面积由模拟器内部场强的均匀性决定，因此这种模拟器内部场强的均匀性直接影响了模拟器的性能。

因此，对于水平极化有界波电磁脉冲模拟器，有必要对其内部场强均匀性的增强方式进行研究。目前国内外并没有相关的报道。

技术实现要素：

本发明提出一种水平极化有界波电磁脉冲模拟器内部场强均匀性增强的方法，提高了模拟器内部一定范围内场强的均匀性，使得用于emp效应实验的有效实验区面积增大，最终提高了模拟器的性能。

申请人研究发现：在保持水平极化有界波emp模拟器架高不变及双锥特性阻抗匹配的情况下，从模拟器的双锥底部向地面拉线构成模拟器极板，若模拟器在地面上的极板形状由两条长度相等的平行直线改为对称的偏心圆弧状(这里的“偏心”是指圆弧的圆心偏离模拟器双锥中心点在地面的投影o1点)时，模拟器内部一定区域内的场强出现了均匀性增强的现象。

由此，本发明的解决方案总结如下：

一种水平极化有界波电磁脉冲模拟器内部场强均匀性增强的方法，包括：

将模拟器在地面上的两侧极板形状由两条长度相等的平行直线改为两条对称的偏心圆弧；所述偏心圆弧的弧长等于所述平行直线的长度w，设模拟器双锥中心点在地面的投影为o1点，经过o1点并垂直于所述平行直线的坐标轴记为z轴，经过o1点并平行于所述平行直线的坐标轴记为x轴，则两条对称的偏心圆弧的对称轴为x轴，两条对称的偏心圆弧端部形成的张口尺寸dk与测试区z方向的范围相当，左、右侧偏心圆弧各自的圆心分别位于z轴上o1点的右、左侧；

从模拟器双锥的底部分别向地面上所述两条对称的偏心圆弧拉金属线，构成模拟器两侧的极板，得到场强均匀性增强的模拟器。

其中，所述两条对称的偏心圆弧的位置和形状可按照以下方式确定：

设常规模拟器在地面上的极板形状为两条长度相等的平行的左/右直线，这两条直线的长度均为w，间距为d；偏心圆弧与相应的平行直线在z轴处相切，其中右侧偏心圆弧的半径记为r2，右侧偏心圆弧的圆心位置o2点在-z方向偏离o1点d2的距离处，令变形后模拟器的张口dk与测试区z方向的范围相同，并取d3＝dk/2，则r2根据下面两式求得：

r2·2·atan[l/(r2-d3)]＝w

而d2＝r2-d/2。

方案解析及具体实现过程如下：

1)常规模拟器在地面上的极板形状为两条长度相等的平行的左/右直线，设这两条直线的长度均为w，间距为d。对常规模拟器进行变形，如图1所示，地面上右侧圆弧与常规模拟器右直线相切，得到切点q1及

d1+d3＝d/2(1)

保持变形后模拟器的张口dk与测试区z方向的范围相同。为使得测试区右上角的测点与极板保持一定的距离，设上式中d3＝dk/2；将d及d3的值代入上式，可得到d1的值。

2)保持单个圆弧的弧长与常规模拟器单极板长度w相同，即

r2·2·atan[l/(d1+d2)]＝w(2)

此外，根据图1可知，

d1+d2＝r2-d3(3)

将(3)式分别代入(2)及(4)，得到

r2·2·atan[l/(r2-d3)]＝w(5)

根据上面两式，可得到r2的值。再将d1、d3及r2的值代入(3)式，求出d2的值。

3)根据上述参数，画出新的地面圆弧。画法为：

a)设模拟器双锥中心点在地面的投影为o1点，沿着-z方向偏离o1点d2的距离得到o2点；以o2点为圆心/r2为半径，画一个圆。

b)用方块切去圆z≤d1的部分，得到右侧圆弧。

c)作关于z＝0对称的左侧圆弧。

4)从模拟器双锥的底部分别向上述地面上的左/右侧圆弧拉金属线，构成模拟器两侧的极板，从而得到了新模拟器。

本发明的有益效果如下：

1、基于模拟器极板拉线，通过改变地面极板形状，即解决了模拟器内部场强均匀性较弱的技术难题；

2、在模拟器架高固定及阻抗匹配的情况下，使得模拟器用于emp效应实验的有效实验区面积增加，模拟器性能得到提高。

附图说明

图1是模拟器在地面上极板的形状。图中，1-常规模拟器右直线，2-常规模拟器左直线，3-本发明中的模拟器的左侧圆弧，4-本发明中的模拟器的右侧圆弧。此外，图中还有标注模拟器双锥中心点在地面的投影的位置o1点及新模拟器与地面相交后得到的右侧圆弧的中心点位置o2点。

图2为模拟器内部距离地面3m的水平面上30m×30m的区域内电场水平极化分量峰值的分布图，其中(a)为常规模拟器的数据，(b)为本发明模拟器的数据。

具体实施方式

为了实现水平极化模拟器内部场强的均匀性增强，本申请采用了由锥底向地面上的偏心圆弧拉线构成的模拟器，实现了模拟器内部场强的均匀性增强。下面结合附图，通过实施例对本发明进一步说明。

本实施例的结构如图1所示，设模拟器架高为15m，常规模拟器与地面上相交的俩个平行直线的长度w＝72m、间距d＝48m。双锥中心点在地面的投影的位置位o1点，新模拟器与地面相交后得到的右侧圆弧的中心点位置o2点，两点间距为d2。本实施例中的新模拟器与地面相交为左/右俩个圆弧，圆弧的张口为dk；模拟器内部z方向测试区范围约为26.8m。模拟器激励源为上升沿为2.5ns、半高宽为23ns的双指数脉冲。

具体环节介绍如下：

1)当模拟器在地面上的极板形状为两条长度相等的平行的左/右直线时，称该类模拟器为常规模拟器，并设这两条直线的长度均为w＝72m，间距为d＝48m。对常规模拟器的进行变形。如图1所示，地面上右侧圆弧与原常规模拟器右直线相切，得到切点q1及

d1+d3＝d/2(1)

保持变形后模拟器的张口dk与测试区z方向的范围26.8m相同，则上式中d3＝dk/2＝13.4；将d及d3的值代入上式，可得到d1＝10.6m。

2)保持单个圆弧的弧长与常规模拟器单极板长度w相同，即

r2·2·atan[l/(d1+d2)]＝w＝72m(2)

此外，根据上图可知，

d1+d2＝r2-d3(3)

将(3)式分别代入(2)及(4)，得到

r2·2·atan[l/(r2-d3)]＝w＝72m(5)

根据上面两式，可得到r2＝58.236m。再将d1、d3及r2的值代入(3)式，求出d2＝34.236m。

3)根据上述参数，画出新的地面圆弧。画法为：

a)设模拟器双锥中心点在地面的投影为o1点，沿着-z方向偏离o1点d2的距离得到o2点；以o2点为圆心、r2＝58.236m为半径，画一个圆。

b)用方块切去圆z≤d1的部分，得到右侧圆弧。

c)作关于z＝0对称的左侧圆弧。

4)从模拟器双锥的底部分别向上述地面上的左/右侧圆弧拉金属线，构成模拟器两侧的极板，从而得到了新模拟器。

图2(a)及图2(b)分别为常规模拟器及本发明的模拟器内部距离地面3m的水平面上30m×26.8m的区域内电场水平极化分量峰值的分布图。对比图2(a)及图2(b)可知，采用本发明得到的新模拟器内部的场比常规模拟器内部的场均匀性更好。

申请人认为，新模拟器内部场强均匀性增强的原理是：模拟器地面上的圆弧按照一定的方式进行弯曲后，根据地面圆弧拉线构成的新模拟器极板，可以使得新模拟器内部部分位置的场强增强，与中心位置场强的比值增加，从而提高了模拟器内部场的均匀性。

以上实施例已经对发明内容进一步作出了充分的说明，各组件的具体参数可以根据实际需求设定，普通技术人员足以通过本发明说明书的内容加以实施。在权利要求的框架下，任何基于本发明思路的改进均属于权利要求的范围。