[发明专利]垂直极化EMP辐射波模拟器辐射场的计算模型及其构建方法

说明书

本发明涉及一种垂直极化EMP辐射波模拟器辐射场的计算模型及其构建方法，解决通过初步计算模型计算得到模拟器辐射场的半高宽及上升沿均不满足IEC‑61000‑4‑25标准所提出的技术指标问题，同时解决通过初步计算模型计算得到模拟器辐射场的时域波形出现明显振荡叠加现象及可能出现明显双峰现象的问题。本发明主要对计算模型中导通柱参数进行设计，采用合适的导通柱导通延迟时间及合适的导通柱电导率变化表达式，使得当采用本发明计算模型计算时，计算得到的模拟器辐射场的半高宽和上升沿同时分别满足IEC‑61000‑4‑25标准所提出的技术指标要求，且计算得到的模拟器辐射场的时域波形在峰值之后不出现振荡叠加现象、辐射场的时域波形也不出现双峰现象。

技术领域

本发明涉及一种垂直极化EMP辐射波模拟器辐射场的计算模型，具体为“辐射场满足IEC-61000-4-25标准”的一种“与峰化电容器一体化”的垂直极化电磁脉辐射波冲模拟器辐射场计算模型及其构建方法。

背景技术

垂直极化电磁脉冲(electromagnetics pulse,EMP)辐射波模拟器(朱湘琴等人发表在《计算物理》期刊2019年第36卷第349-356页，“离散电阻加载的大型垂直极化EMP辐射波模拟器的并行FDTD模拟”；Blackburn R F等人发表在“IEEE Tran.on ElectromagneticCompatibility”期刊1978年第EMC-20卷第240-247页“On the Electromagnetic Fieldsfrom a Hybrid Type of EMP Simulator”)由于能为EMP效应及加固措施提供垂直极化的电磁脉冲环境而得到广泛的研究。在垂直极化EMP辐射波模拟器的工程实施中，模拟器的馈电部分通常采用一级或二级脉冲压缩技术方案，峰化电容器是脉冲压缩的关键器件之一。考虑到峰化电容器的耐压需求，及为减小放电过程中的放电回路的电感，同时减少单锥天线的不连续段，通常将含有多层薄膜结构的同轴型峰化电容器与单锥天线进行一体化设计(BAILEY V等人发表在“IEEE Trans.Plasma Science”期刊2010年第38卷第2555-2556页，“A 6-MV pulser to drive horizontally polarized EMP simulators”)。目前，针对这种“与峰化电容器一体化”的垂直极化EMP辐射波模拟器辐射场的理论模拟研究中，主要采用“理想导通柱”代替“输出开关”的计算模型(朱湘琴等人发表在《现代应用物理》期刊2020年第11卷第030501-8页，“含有峰化电容器的垂直极化EMP辐射波模拟器辐射场的初步模拟研究”；CHEN Z Q等人发表在2019IEEE 2nd International Conference on ElectronicInformation and Communication Technology(ICEICT 2019)会议上的论文“Influenceof the peaking capacitor with different inner core on the radiating-field ofa biconical antenna”)。但根据朱湘琴等人及CHEN Z Q等人给出的初步计算模型，即令导通柱的导通延迟时间与激励源达到峰值的时间一致、并令导通柱的电导率在1ns之内线性增长到理想金属导体的电导率(约3.7×10¹⁰S/m)，则计算得到的模拟器辐射场的半高宽及上升沿均不满足IEC-61000-4-25标准(Electromagnetic Compatibility(EMC)-Part 4-23:Testing and measurement techniques-Test methods for protective devices forHEMP and other radiated disturbances,IEC61000-4-25:31,2001)所提出半高宽“(23±5)ns”、上升沿“(2.5±0.5)ns”的技术指标要求，且计算得到的辐射场的时域波形峰值之后会出现明显的振荡叠加现象(朱湘琴等人发表在《现代应用物理》期刊2020年第11卷第030501-8页，“含有峰化电容器的垂直极化EMPEMP辐射波模拟器辐射场的初步模拟研究”的图5；CHEN Z Q等人发表在2019IEEE 2nd International Conference on ElectronicInformation and Communication Technology(ICEICT 2019)会议上的论文“Influenceof the peaking capacitor with different inner core on the radiating-field ofa biconical antenna”的图6)。此外，辐射场的时域波形还可能会出现明显的“双峰”现象(CHEN Z Q等人发表在2019IEEE 2nd International Conference on ElectronicInformation and Communication Technology(ICEICT 2019)会议上的论文“Influenceof the peaking capacitor with different inner core on the radiating-field ofa biconical antenna”的图6)。因此，有必要对朱湘琴等人及CHEN Z Q等人提出的初步计算模型进行改进。但目前为止，国内外也没有相关的报道。