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基于仿真及神经网络的大型电磁脉冲模拟器近区场计算

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电子学报 2023年第3期51卷 712-719页

作者：张金颢周恒张守龙蒋廷勇王胜涛刘真西北核技术研究所陕西西安710069

本文针对大型电磁脉冲模拟器试验区域电场分布测量,设计了一种基于传递函数的近区场波形预估方法.该方法使用全波仿真获取初始传递函数,研究了基于频域数据的神经网络训练方法,建立了可以计算特定区域任意测点传递函数的神经网络模型.... 详细信息

本文针对大型电磁脉冲模拟器试验区域电场分布测量,设计了一种基于传递函数的近区场波形预估方法.该方法使用全波仿真获取初始传递函数,研究了基于频域数据的神经网络训练方法,建立了可以计算特定区域任意测点传递函数的神经网络模型.利用两套测量系统同时进行测量验证,结果表明:在40 m×40 m×10 m的范围内,该计算方法可以基于单一测点的实测结果计算任意点的电场波形,且基于该方法计算的电场波形与实测波形主波形幅值差异均小于3%,实测验证波形结果与预估结果基本一致.文中方法在满足试验区域为线性时不变(Linear Time Invariant,LTI)系统的情况下,可以应用于大型电磁脉冲模拟器的近区场快速预估计算.

关键词：大型电磁脉冲模拟器传递函数神经网络模型快速预估电场测量

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电阻阵列加载单锥TEM室研究

计量学报 2022年第11期43卷 1501-1505页

作者：蒋廷勇王晓嘉周恒张守龙西北核技术研究院陕西西安710069

提出一种新型基于电阻阵列加载的低反射、宽频带单锥TEM室,其利用无感电阻阵列吸收了单锥末端低频反射,克服了传统单锥TEM室因有限长度导致的时间窗问题,使加载后单锥TEM室标准场产生装置工作频带下限拓展至DC附近。实验结果表明,加载... 详细信息

提出一种新型基于电阻阵列加载的低反射、宽频带单锥TEM室,其利用无感电阻阵列吸收了单锥末端低频反射,克服了传统单锥TEM室因有限长度导致的时间窗问题,使加载后单锥TEM室标准场产生装置工作频带下限拓展至DC附近。实验结果表明,加载后单锥TEM室在DC~1 GHz频域范围内S_(11)均小于-17 dB,突破了原有1.5 m单锥TEM室在时域校准应用中的时间窗限制。提出的加载技术不仅将现有标准装置应用范围拓展至脉宽20 ns以上核电磁脉冲甚至更宽脉冲标准场领域,也可推广至频域用于常规天线带宽和增益等参数测试,从而拓宽了传统单锥TEM室在传感器校准领域的应用范围。

关键词：计量学单锥TEM室电阻加载短电磁脉冲时间窗

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kV/MHz高重频可重构脉冲产生技术研究

电子测量与仪器学报 2023年第5期37卷 207-214页

作者：王殿喜蒋廷勇张金颢张守龙成真伯西北核技术研究所西安710024

针对当前超快脉冲和超高重频脉冲产生技术需求,基于固态半导体开关技术和脉冲合成技术,提出了一种基于延时触发控制的高重频可重构脉冲产生方法,研制了kV/MHz高重频可重构脉冲源原理型装置。测试结果表明,该脉冲源能够稳定输出幅度为1 k... 详细信息

针对当前超快脉冲和超高重频脉冲产生技术需求,基于固态半导体开关技术和脉冲合成技术,提出了一种基于延时触发控制的高重频可重构脉冲产生方法,研制了kV/MHz高重频可重构脉冲源原理型装置。测试结果表明,该脉冲源能够稳定输出幅度为1 kV、重复频率1 MHz、前沿时间约700 ps的亚纳秒脉冲,通过精确调节各脉冲触发时间顺序还可灵活改变脉冲前沿、脉宽和波形等参数,并能实现1~50 MHz重复频率的参数调节,可有效满足电子对抗、超宽带探测及通信等行业领域的应用需求。

关键词：高重频亚纳秒脉冲参数可调功率合成高精度延时

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镜面单锥TEM小室电磁场标准装置

高电压技术 2016年第5期42卷 1476-1482页

作者：杨超孟萃李鹏辉蒋廷勇沈达明清华大学粒子技术与辐射成像教育部重点实验室北京100084 西北核技术研究所西安710049

为满足目前瞬态电磁场传感器的校准问题,研制了镜面单锥横电磁波小室(TEM)电磁场标准装置,用于数k Hz到数GHz带宽以下的电磁场传感器校准。基于无线长双锥天线,对镜面单锥结构进行了理论分析及数值仿真分析,证明了其应用的可行性;并进... 详细信息

为满足目前瞬态电磁场传感器的校准问题,研制了镜面单锥横电磁波小室(TEM)电磁场标准装置,用于数k Hz到数GHz带宽以下的电磁场传感器校准。基于无线长双锥天线,对镜面单锥结构进行了理论分析及数值仿真分析,证明了其应用的可行性;并进行了工程机械设计并加工制作。最终测试结果表明,镜面单位TEM小室机械结构良好,馈电点电压反射系数小于6%,对应驻波系数(VSWR)<1.11,单锥TEM小室内场接收波形与源监测波形具有较高一致性,单次测量结果的偏差最大不超过5%,满足应用需求。

关键词：瞬态电磁场传感器校准双锥天线单锥TEM小室镜面结构电磁场标准装置

抑制地面反射影响的高功率微波辐射场测量方法

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强激光与粒子束 2015年第12期27卷 139-143页

作者：蒋廷勇高林刘小龙宁辉清华大学工程物理系北京100084 西北核技术研究所高功率微波技术重点实验室西安710024

在对空气-地面分层媒质中微波传播与反射理论分析的基础上,研究了地面反射对测点处不同垂直高度电场分布的影响,推导得到了电场分布随垂直高度变化曲线的振荡周期理论计算公式,针对高功率微波源总功率测量,提出了一种双天线阵列抑制地... 详细信息

在对空气-地面分层媒质中微波传播与反射理论分析的基础上,研究了地面反射对测点处不同垂直高度电场分布的影响,推导得到了电场分布随垂直高度变化曲线的振荡周期理论计算公式,针对高功率微波源总功率测量,提出了一种双天线阵列抑制地面反射影响的高功率微波辐射场测量方法,通过数值计算、低功率连续波实验、大功率短脉冲实验等进一步验证了理论公式的正确性,以及双天线阵列抑制地面反射影响方法的可行性。结果表明,与单接收天线相比,双天线阵列法可将地面反射影响由原有的4dB降低至0.6dB以下,从而有效减小了高功率微波辐射场的测量不确定度,为高功率微波源总功率准确测量奠定了基础。

关键词：高功率微波辐射场测量地面反射双天线阵列

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纳秒脉冲标定源的研制

纳秒脉冲标定源的研制

作者：蒋廷勇国防科学技术大学

学位级别：硕士

作为测量系统时域响应和脉冲传播特性测量的纳秒脉冲发生器,要求重量轻、体积小、脉冲参数可调且波形稳定性高。考虑上述要求,本文设计采用了基于水银开关的电场储能型纳秒脉冲发生器,针对影响发生器输出波形参数的关键因素,主要开展了... 详细信息

作为测量系统时域响应和脉冲传播特性测量的纳秒脉冲发生器,要求重量轻、体积小、脉冲参数可调且波形稳定性高。考虑上述要求,本文设计采用了基于水银开关的电场储能型纳秒脉冲发生器,针对影响发生器输出波形参数的关键因素,主要开展了以下工作:分别从等效电路和波过程角度阐述了发生器的工作原理,推导计算了LCR电路三种瞬态过程对应的波形参数表达式;采用PSpice软件研究了等效电路中杂散参数对输出波形的影响。结果表明,充电回路和负载端分布参数使得前沿和后沿变缓,脉冲顶部和后沿出现较强的过冲;开关分布参数引起矩形脉冲顶部和后沿出现阻尼振荡波形,振荡周期和阻尼系数与分布参数存在对应关系。初步开展了铁电/氧体材料在发生器脉宽调节技术应用的可行性分析,进行了铁氧体材料实验研究。结果表明,铁氧体材料的加入使得脉冲后沿从0.4ns变化至1.4ns,但脉冲前沿和脉宽变化并不明显,原因在于触点和铁氧体环间传输线的影响无法消除。实验数据为后续技术的改进提供了参考。较为深入地研究了水银开关设计原理和等效电路模型,指出开关内部结构不连续性是造成开关分布参数存在的原因。为进一步分析阻尼波形振荡的规律,先后采用电路分析和PSpice软件数值计算的方法对开关等效电路进行了细致研究。结果表明,开关触点处上极靴与常开电极间的分布电感、电容和导通电阻是引起振荡的主要原因。根据理论计算及软件模拟的结果,推导出引起波形阻尼振荡的开关分布电感约为4.7nH、分布电容为2.8pF,阻尼波形振荡周期约为0.7ns,输出前沿时间约为0.2ns。在上述分析计算基础上,实验测试了不同长度和充电电压下发生器输出波形,实验验证了开关输出矩形脉冲存在着高频阻尼振荡,且阻尼振荡规律与理论及数值计算结论基本符合。完成了发生器总体结构参数计算和设计加工,构建了一台重量较轻、结构紧凑的纳秒脉冲发生器。设计了由脉冲衰减器和高速示波器组成的测量系统,系统实时带宽超过4GHz,很好满足了本实验中对亚纳秒前沿脉冲的测量要求;针对脉冲后沿存在的阻尼振荡,设计了吸收式超宽带滤波器用于脉冲波形整形,获得了满意的波形输出。对改进后的发生器的测量结果表明,充电电压1.4kV时,发生器可产生脉宽大于0.6ns的双指数脉冲,脉冲前沿约0.6ns,幅度大于600V,通过改变回路参数,可对输出脉冲宽度和幅度等进行调节。发生器稳定性考核实验表明,输出波形脉冲幅度相对标准差小于2%;输出脉冲脉宽和前沿时间相对标准差小于1%。实验结果表明发生器满足了设计要求,为实际应用奠定了基础。

关键词：纳秒脉冲源水银开关阻尼振荡脉冲测量脉宽调节

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超大型低反射镜面单锥脉冲电场标准装置

电子测量与仪器学报 2023年第5期37卷 117-126页

作者：何梓滨邢昊蒋廷勇柴昊吴梦娟王晓嘉张荟如北京东方计量测试研究所北京100086 中国人民解放军63660部队洛阳471000

针对现有镜面单锥TEM室用作脉冲电场传感器校准时存在测试尺寸空间较小、低频响应较差、内部与环境反射影响测量准确度等问题,采用超大型精密单锥结构、终端阻抗加载和低反射异形电波暗室等方法,在仿真优化分析基础上,设计研制了基于超... 详细信息

针对现有镜面单锥TEM室用作脉冲电场传感器校准时存在测试尺寸空间较小、低频响应较差、内部与环境反射影响测量准确度等问题,采用超大型精密单锥结构、终端阻抗加载和低反射异形电波暗室等方法,在仿真优化分析基础上,设计研制了基于超大型低反射镜面单锥的脉冲电场标准装置。该镜面单锥母线长2 m,能够适应脉冲宽度大于5 ns的脉冲信号,整体装置所产生的标准脉冲电场幅值50~150 V/m可调、脉冲前沿小于100 ps、脉冲宽度大于5 ns,满足装备测试脉冲电场传感器的大空间、宽频带、高准确度校准需求。

关键词：镜面单锥脉冲电场标准阻抗匹配电波暗室

高功率微波对建筑物内计算机作用效果评估方法

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强激光与粒子束 2018年第4期30卷 42-45页

作者：王振坤宁辉蒋廷勇西北核技术研究所高功率微波技术重点实验室西安710024

提出了一种评估高功率微波对建筑物内计算机作用效果的方法。建立建筑物的电磁计算模型,利用时域有限差分法对高功率微波进入建筑物的过程进行数值模拟,求出计算机所在高度面上的时域最大场强,定义大于效应阈值区域的面积与建筑物总面... 详细信息

提出了一种评估高功率微波对建筑物内计算机作用效果的方法。建立建筑物的电磁计算模型,利用时域有限差分法对高功率微波进入建筑物的过程进行数值模拟,求出计算机所在高度面上的时域最大场强,定义大于效应阈值区域的面积与建筑物总面积的比例为有效面积比,高功率微波对建筑物内计算机的作用比例即等于有效面积比。并开展实验对此方法的有效性进行验证,估计的计算机效应比例和实验结果相差20%以内。改变入射场强,得到计算机效应比例与入射场强的关系,与理论分析结果一致。

关键词：高功率微波计算机效应评估时域有限差分法有效面积比

蒙特卡洛方法用于城镇5G基站电磁暴露安全评估

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电波科学学报 2023年第5期38卷 903-910页

作者：蒋廷勇 Anja K SKRIVERVIK 西北核技术研究所西安710069 瑞士洛桑联邦理工大学洛桑CH1015

电磁暴露安全是当前5G通信在大规模商业化推广过程中需高度重视的问题.大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)和天线3D波束成形等技术在现有5G基站中已得到成熟应用,但以往传统确定性方法在评估该类基站时过于保守,... 详细信息

电磁暴露安全是当前5G通信在大规模商业化推广过程中需高度重视的问题.大规模多输入多输出(multiple-input multiple-output,MIMO)和天线3D波束成形等技术在现有5G基站中已得到成熟应用,但以往传统确定性方法在评估该类基站时过于保守,很难得到准确可信的基站电磁暴露评估结果.本文在以往基于蒙特卡洛(Monte Carlo,MC)统计方法的5G基站电磁暴露评估模型基础上,进一步模拟构建了城镇基站小区的三维用户场景,采用电磁暴露相对因子作为衡量指标实现了更真实用户场景下的5G基站电磁暴露水平评估.结果表明,在文中给定的两类基站配置参数下,5G基站小区在最坏情况下电磁暴露相对因子计算结果最大值仅有保守确定性方法给出的电磁暴露评估结果的25%左右,说明5G基站引入大规模MIMO和波束成形技术后不仅改善了用户通信质量,同时也使覆盖区域内电磁暴露量值分布更为均匀,得到了比传统基站更低的电磁暴露水平.

关键词： 5G基站电磁暴露蒙特卡洛(MC)方法统计方法电磁暴露相对因子