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3.8 MV快前沿电磁脉冲模拟器脉冲驱动源研制

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现代应用物理 2024年第1期15卷 110-115页

作者：贾伟陈志强吴伟郭帆谢霖燊吴刚梅锴盛程乐肖晶孙楚昱朱湘琴陈伟强脉冲辐射环境模拟与效应全国重点实验室西北核技术研究所西安710024

为满足强电磁脉冲试验的需求,研制了一台输出电压可达3.8 MV的全气体绝缘快前沿脉冲驱动源。该脉冲源采用二级脉冲压缩技术路线,由Marx发生器、中储电容、中储开关、陡化电容及陡化开关等组件构成。内部各组件均采用模块化、紧凑型设计... 详细信息

为满足强电磁脉冲试验的需求,研制了一台输出电压可达3.8 MV的全气体绝缘快前沿脉冲驱动源。该脉冲源采用二级脉冲压缩技术路线,由Marx发生器、中储电容、中储开关、陡化电容及陡化开关等组件构成。内部各组件均采用模块化、紧凑型设计思路,并整体放置在一个层层嵌套的腔体中,各层之间充有不同压力的SF_(6)气体。整机具有输出电压高、结构紧凑、重量轻及便于移动等优点。测试结果表明,在驱动75Ω倒立圆锥天线负载时,初级源最大输出电压大于3.8 MV,负载处输出电场波形的脉冲前沿小于2 ns。通过开关导通时刻的调节,在天线处生成的辐射场波形满足IEC 61000-4-25标准中关于电磁脉冲试验波形的规定,因此可将其作为电磁脉冲模拟器的脉冲驱动源,开展系统级电磁脉冲试验,用于电磁脉冲效应及加固防护技术研究等工作。

关键词：电磁脉冲环境模拟 3.8 MV快前沿脉冲源脉冲压缩损伤与防护

单层和多层有缝金属板电磁波透射的FDTD分析

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电波科学学报 2004年第6期19卷 654-657页

作者：朱湘琴葛德彪西安电子科技大学理学院物理系陕西西安710071

采用在入射波一侧的总场边界处同时引进入射波和反射波作为激励源的FDTD方法来分析斜入射时单层和多层有缝金属板电磁波透射问题。通过计算金属板缝隙附近的散射场 ,提取缝隙口径面上的等效面磁流 ,进而得到透射截面。计算机仿真结果证... 详细信息

采用在入射波一侧的总场边界处同时引进入射波和反射波作为激励源的FDTD方法来分析斜入射时单层和多层有缝金属板电磁波透射问题。通过计算金属板缝隙附近的散射场 ,提取缝隙口径面上的等效面磁流 ,进而得到透射截面。计算机仿真结果证实了算法的有效性。数值计算结果表明 ,两金属板上所开缝隙的相对偏移以及两板间插入介质板将会改变屏蔽效应。该方法可以有效分析平面波斜入射时多层金属板上任意形状缝隙的散射和透射 ,包括缝隙内或金属板之间填充有介质情形。

关键词：缝隙透射多层金属板 FDTD方法激励源

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一维周期结构散射近-远场外推的两种方法

强激光与粒子束 2005年第4期17卷 564-568页

作者：朱湘琴葛德彪西安电子科技大学物理系西安710071

首先讨论了自由空间中一维周期结构近远场外推的Floquet模方法,即对FDTD计算所得散射近场中输出边界上散射场进行级数展开,求出各阶Floquet模的复数幅值,再求得远区场。接着介绍了求解一维周期结构远区散射场的周期Green函数方法,即根据... 详细信息

首先讨论了自由空间中一维周期结构近远场外推的Floquet模方法,即对FDTD计算所得散射近场中输出边界上散射场进行级数展开,求出各阶Floquet模的复数幅值,再求得远区场。接着介绍了求解一维周期结构远区散射场的周期Green函数方法,即根据FDTD计算所得散射近场中输出边界上散射场,求得等效面电磁流后,再借助周期Green函数进行外推得到远区场。两种方法均仅用一个周期单元内的散射近场进行外推。计算结果验证了上述两种方法外推的有效性。

关键词：外推周期结构 FDTD方法

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1维介质光栅近场及其衍射的FDTD分析

强激光与粒子束 2004年第12期16卷 1585-1589页

作者：朱湘琴葛德彪柴立群西安电子科技大学物理系陕西西安710071 成都精密光学工程研究中心四川成都610041

　应用FDTD方法计算了单色平面波斜入射时1维介质光栅的近场,进而求出介质光栅的衍射效率。借助于周期边界条件,整个计算区域为周期结构的一个单元。考虑入射波在两种介质界面上会产生反射和透射,故在总场边界上引入入射波、反射波和透... 详细信息

　应用FDTD方法计算了单色平面波斜入射时1维介质光栅的近场,进而求出介质光栅的衍射效率。借助于周期边界条件,整个计算区域为周期结构的一个单元。考虑入射波在两种介质界面上会产生反射和透射,故在总场边界上引入入射波、反射波和透射波。给出了光栅单元截面为矩形和梯形的算例。该方法可用于斜入射情形下具有复杂结构和任意单元截面的介质栅近场及其衍射特性分析。

关键词：介质光栅时域有限差分法周期边界条件

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等离子体散射FDTD分析的移位算子方法

电波科学学报 2003年第4期18卷 359-362,399页

作者：葛德彪吴跃丽朱湘琴西安电子科技大学理学院物理系陕西西安710071

色散介质的介电系数是频率的函数,使本构关系在时域成为卷积关系,这就给应用FDTD方法计算色散介质中波的散射和传播带来困难。文中把色散介质的相对个电系数写成以jω为自变量的有理分式函数,用/t代替jω,过渡到时域,再引入离散时域移... 详细信息

色散介质的介电系数是频率的函数,使本构关系在时域成为卷积关系,这就给应用FDTD方法计算色散介质中波的散射和传播带来困难。文中把色散介质的相对个电系数写成以jω为自变量的有理分式函数,用/t代替jω,过渡到时域,再引入离散时域移位算子代替时间微分算子来处理有理分式函数形式的介电系数,进而导出FDTD中电位移矢量D和电场强度E之间的关系。所得结果与Z变换理论的梯形近似结果一致,但与Z变换理论相比较,移位算子方法推导简单,概念简明。文中用移位算子结合FDTD方法分别计算一维等离子体平板的反射系数和二维等离子体柱的远场散射。所得结果与用Z变换理论结合FDTD方法计算的结果相符合。

关键词：色散介质 FDTD 介电系数移位算子等离子体远场散射

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熔石英表面划痕附近电磁场分布模拟分析

强激光与粒子束 2005年第1期17卷 67-70页

作者：王毅许乔柴立群陈宁朱湘琴成都精密光学工程研究中心四川成都610041 西安电子科技大学物理系陕西西安710071

亚表面缺陷是造成固体激光器光学器件损伤阈值过低的重要原因,而表面划痕是缺陷中重要的一种。使用时域有限差分方法(FDTD)模拟了熔石英表面圆柱形、三角形划痕对激光电磁场的调制作用,绘出了2维电磁场强度分布图,计算出划痕... 详细信息

亚表面缺陷是造成固体激光器光学器件损伤阈值过低的重要原因,而表面划痕是缺陷中重要的一种。使用时域有限差分方法(FDTD)模拟了熔石英表面圆柱形、三角形划痕对激光电磁场的调制作用,绘出了2维电磁场强度分布图,计算出划痕尺寸不同时电磁场的最大强度。数值计算结果表明,尺寸为二倍波长的划痕可以获得最大的电磁场强度,此时容易导致自聚焦;亚波长级和足够大尺寸的划痕作用基本可以忽略。一定尺寸的划痕,深度越大,最大场强也越大,但当划痕过深时最大场强反而会降低。

关键词：激光损伤亚表面缺陷时域有限差分方法电磁场分布

垂直极化辐射波EMP模拟器辐射场空间分布特性分析

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现代应用物理 2022年第3期13卷 131-140页

作者：朱湘琴吴伟吴刚强脉冲辐射模拟与效应国家重点实验室西北核技术研究所西安710024

针对垂直极化辐射波电磁脉冲(electromagnetic pulse,EMP)模拟器有效工作空间选择的问题,利用轴对称柱坐标系中的并行时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)方法,模拟研究了垂直极化辐射波EMP模拟器辐射场空间分布特性。首... 详细信息

针对垂直极化辐射波电磁脉冲(electromagnetic pulse,EMP)模拟器有效工作空间选择的问题,利用轴对称柱坐标系中的并行时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)方法,模拟研究了垂直极化辐射波EMP模拟器辐射场空间分布特性。首先,模拟分析了模拟器的架高和半锥角对辐射场垂直分量峰值的空间分布及对“辐射场垂直分量的上升沿和半高宽均满足IEC标准”测点的空间分布的影响;然后对模拟器辐射场径向分量峰值与垂直分量峰值比值的空间分布特性进行了讨论;最后以架高为8 m、半锥角为32°的模拟器为例,给出了模拟器有效工作空间的选择方式。模拟结果表明:金属底板上的所有测点辐射场的垂直分量峰值均基本随测点与中轴线的距离的增加而减小;在一定高度范围内,同一测点辐射场的垂直分量峰值不会随模拟器架高的变化而变化,但会随模拟器半锥角的增加而增加;“辐射场垂直分量的上升沿和半高宽满足IEC标准”的空间区域随模拟器架高的增加而增加;在一定高度范围内,同一测点辐射场径向分量的峰值与垂直分量峰值之比约等于该测点的高度与该测点与中轴线的距离之比;测点在高度上越靠近金属底板,测点辐射场的垂直分量所占主导地位越明显;可根据效应物的尺寸来选择合适的模拟器有效测试空间。

关键词：空间分布特性 IEC标准有效工作空间垂直极化电磁脉冲模拟器

不同气压下介质表面高功率微波击穿的数值模拟

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强激光与粒子束 2010年第10期22卷 2363-2368页

作者：蔡利兵王建国朱湘琴西北核技术研究所西安710024

介绍了用于模拟介质表面高功率微波击穿的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞方法,并采用该方法模拟研究了氩气环境不同气压下的介质表面高功率微波击穿过程,获得了该击穿过程中粒子数量和电子平均能量的时间变化图像,并得到了击穿延迟时间。数值模... 详细信息

介绍了用于模拟介质表面高功率微波击穿的粒子模拟-蒙特卡罗碰撞方法,并采用该方法模拟研究了氩气环境不同气压下的介质表面高功率微波击穿过程,获得了该击穿过程中粒子数量和电子平均能量的时间变化图像,并得到了击穿延迟时间。数值模拟结果发现:在低气压下,次级电子倍增的作用比较明显,但电子数量在次级电子倍增饱和后的增速较低,击穿延迟时间较长;随着气压的升高,次级电子倍增的影响逐渐变小,气体电离逐渐占主导地位,击穿延迟时间逐渐变短;在高气压下,由于介质表面吸收沉积电子而呈负电性,次级电子倍增消失,击穿延迟时间由气体碰撞电离来决定。

关键词：介质表面击穿高功率微波次级电子倍增粒子模拟-蒙特卡罗碰撞

大尺寸Split型垂直极化有界波EMP模拟器场的特性分析

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现代应用物理 2023年第1期14卷 124-138,151页

作者：朱湘琴吴伟谢霖燊强脉冲辐射环境模拟与效应国家重点实验室西北核技术研究所西安710024

采用并行时域有限差分(finite-difference time-domain, FDTD)方法对大尺寸分裂型垂直极化有界波电磁脉冲模拟器(简称“Split型模拟器”)的电场进行模拟,研究分析了该类型模拟器天线的尺寸参数对模拟器内对称剖面上监测点电场垂直分量... 详细信息

采用并行时域有限差分(finite-difference time-domain, FDTD)方法对大尺寸分裂型垂直极化有界波电磁脉冲模拟器(简称“Split型模拟器”)的电场进行模拟,研究分析了该类型模拟器天线的尺寸参数对模拟器内对称剖面上监测点电场垂直分量时域特性的影响,给出了该剖面上电场的瞬态分布特性,并与常规模拟器进行了比较。模拟结果表明:模拟器架高越高,监测点处的电场垂直分量的半高宽出现异常的起始高度越高,且同一监测点电场垂直分量的峰值随模拟器最大高度的增大而减小;距离源越近且距离下极板越近的监测点,电场垂直分量的峰值随整个上极板投影长度的增加有明显的减小;同一监测点电场垂直分量的上升沿会随着模拟器梯形金属板投影长度的增加而减小,峰值随该投影长度的增加而增加;监测点电场垂直分量的半高宽随上极板最大空隙宽度的增加而减小,峰值随上极板最大空隙宽度的增加而减小;当Split型模拟器选择合适的尺寸参数及工作空间高度时,电场垂直分量的上升沿和半高宽均满足IEC61000-4-25标准,且电场垂直分量的峰值与常规模拟器差别不大。

关键词：分裂型有界波垂直极化电磁脉冲对称剖面