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Numerical and Experimental Investigation on Photothermal Performance of Polyimide/High-Electrical-Performance-Coating Composite Films Considering Surface Roughness

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Journal of Thermal Science 2022年第4期31卷 1206-1219页

作者： JING Peng ZHOU Xiao XU Zhengyang XU Zhiguo School of Mechanical Engineering Shanghai Jiao Tong University Shanghai 200240 China Sunman(Zhenjiang)Co. LtdZhenjiang 212000China

Polyimide(PI)films are the common and important components on spacecraft for thermal control.Their parameter design accuracy has an important impact on the spacecraft thermal balance but there are few studies focusing on the effect of film surface defects.In the present study,photothermal properties of composite films made of PI films and germanium/indium tin oxide/aluminum coatings are obtained by UV-VIS-NIR spectrophotometer.The film surface morphology of composite films is obtained by the atomic force microscope.The present study creatively introduces surface roughness into modeling from the perspective of finite-difference time-domain(FDTD)model.The FDTD method considering surface roughness is used to present a comprehensive investigation on the coating effect on the photothermal properties including transmittance and reflectance of composite films.Based on the random rough surface generated by root-mean-square(RMS)roughness and correlation length,the FDTD method is applied to characterize the electromagnetic field of composite films.It has been found that the numerical accuracy is greatly improved and the numerical results agree well with the experimental data when surface roughness is considered.The results also show that coating material and thickness have remarkable impacts on photothermal properties of the composite films.

关键词： FDTD composite film surface roughness photothermal property coating material

昼夜过渡区低频一跳天波中不同模式区分及特性分析

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电子学报 2023年第7期51卷 1964-1969页

作者：周丽丽郑悦穆中林胡欣悦朱新月何立风陕西科技大学电子信息与人工智能学院陕西西安710021 空军工程大学航空航天工程学院陕西西安710038

昼夜混合路径条件下低频天波传播特性的研究对导航授时系统中应用模式拓展及低电离层参数反演均具有重要的研究意义.本文以地—电离层中100 kHz载频罗兰-C信号的时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)仿真为前提,基于传统... 详细信息

昼夜混合路径条件下低频天波传播特性的研究对导航授时系统中应用模式拓展及低电离层参数反演均具有重要的研究意义.本文以地—电离层中100 kHz载频罗兰-C信号的时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)仿真为前提,基于传统的过零检测和快速傅里叶变换(Fast Fourier Transform,FFT)/逆快速傅里叶变换(Inverse Fast Fourier Transform,IFFT)频谱相除算法,对昼夜混合信道(传播路径为东西取向)中地面接收的一跳天波进行模式区分及特性分析.给出了在白天至夜晚、夜晚至白天两种突变电离层下罗兰-C一跳天波中不同模式随收发距离的变化规律,同时给出了模式干涉区域优势场量的分布情况.结果表明,对于昼夜混合模型,一跳天波中存在来自不同高度及昼夜突跳边界反射的多种模式,基于传统方法检测的幅度相位存在不稳定干涉效应,模式界定困难,而基于FFT/IFFT频谱相除算法能够将主要模式进行细化区分,从而获得更高精度、更平稳的模式特性.

关键词：一跳天波波跳理论 FDTD FFT/IFFT 频谱相除算法昼夜模型

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复杂模型瞬变电磁三维FDTD正演软件开发

地球物理学进展 2024年

作者：孙怀凤胡杉杉柳尚斌陈磊赵歧刘东李雪峰山东大学地球电磁探测研究所山东省地质调查院山东大学岩土与结构工程研究中心

实际生产对瞬变电磁正演模型的复杂度提出更高要求。传统的时域有限差分算法(finite-different time-domain， FDTD)在建模方面采用模型文件的方式，仅可使用少量参数构建一些简单规则的模型，在构建复杂模型方面存在较大困难；同时由... 详细信息

实际生产对瞬变电磁正演模型的复杂度提出更高要求。传统的时域有限差分算法(finite-different time-domain， FDTD)在建模方面采用模型文件的方式，仅可使用少量参数构建一些简单规则的模型，在构建复杂模型方面存在较大困难；同时由于缺少可视化模块，无法快速对计算结果进行可视化展示。针对上述问题，本文基于GID平台开发了适用于时域有限差分算法的问题类型，实现软件前处理过程以及模型信息的格式化输出，并编写FDTD算法与GID的接口，实现模型信息读取、单元编号转换、发射源识别，从而完成正演计算以及后处理文件生成，形成一个集前处理、正演计算与后处理于一体的瞬变电磁复杂模型三维正演软件。本文详细介绍了整套软件的研发设计、实现方式及模块主要功能，通过对层状和三维垂直接触带模型进行模拟验证了软件的计算精度，最后设计一个复杂地形包含复杂形状目标体的模型进行建模和分析，结果表明该软件计算精度高，集成度高，具有较好的实用性，可实现瞬变电磁复杂模型三维正演。

关键词：瞬变电磁 FDTD GID软件复杂模型正演模拟软件开发可视化

横向沙丘表面与上方矩形截面柱复合电磁散射的FDTD研究

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现代电子技术 2024年第3期47卷 143-148页

作者：杨能勋任新成王玉清朱小敏董子宇延安大学物理与电子信息学院陕西延安716000

分别使用指数型分布和高斯型分布表示沙漠表面的高度起伏状况,采用蒙特卡罗方法模拟横向沙丘表面和沙丘与沙丘间平坦沙漠表面,运用Herkelrath提出的土壤湿度与介电常数的通用式计算沙土的介电常数,选用FDTD数值计算方法分析高度起伏均... 详细信息

分别使用指数型分布和高斯型分布表示沙漠表面的高度起伏状况,采用蒙特卡罗方法模拟横向沙丘表面和沙丘与沙丘间平坦沙漠表面,运用Herkelrath提出的土壤湿度与介电常数的通用式计算沙土的介电常数,选用FDTD数值计算方法分析高度起伏均方根、入射角度、目标长度、目标宽度、目标高度、横向沙丘的高度和横向沙丘迎风坡坡底到坡顶的水平距离的变化对散射系数的影响,得到横向沙丘表面与上方目标的复合电磁散射特性。分析了粗糙面为指数型分布和高斯型分布时散射系数的角分布曲线的不同之处。

关键词： FDTD 复合电磁散射横向沙丘上方目标粗糙面散射系数

基于全空间初始场源的半空间TEM三维FDTD正演

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地球物理学进展 2022年第5期37卷 2147-2155页

作者：李飞温来福郑贵强华北科技学院河北省矿井灾害防治重点实验室燕郊101601 河北工程大学地球科学与工程学院邯郸056038

传统TEM三维FDTD正演,受相邻网格步长比例和最大与最小网格步长比例限制,难以模拟小尺度和多尺度模型;对于基于半空间初始场源的正演,多采用向上延拓的地空边界处理方法,难以处理带地形模型和航空探测模型.针对以上问题,提出了基于全空... 详细信息

传统TEM三维FDTD正演,受相邻网格步长比例和最大与最小网格步长比例限制,难以模拟小尺度和多尺度模型;对于基于半空间初始场源的正演,多采用向上延拓的地空边界处理方法,难以处理带地形模型和航空探测模型.针对以上问题,提出了基于全空间初始场源的半空间TEM三维FDTD正演方法.首先,给出了正演方法,其中初始场源采用发射电流关断后某时刻的均匀全空间电磁场,地空边界处理采用设置空气层的方法,在初始场源计算中电阻率参数采用发送回线下方大地电阻率值,在初始时刻和时间步长计算中电阻率参数采用发送回线上方空气电阻率值.然后,建立了半空间均匀介质模型、半空间含低阻层模型和半空间含低阻三维块体模型,开展了正演计算,并将计算结果与其他方法结果进行了对比,验证了方法的可靠性.之后,采用控制变量法分析了网格步长和时间步长与稳定性和计算量的关系,结果表明:相邻网格步长比例为2时仍然可以取得稳定可靠的结果,最大与最小网格步长比例未发现存在限制.基于此性质,可以用较少的网格数量构建很大的模型,从而减小计算量,提高计算精度,且适用于小尺度、大尺度和多尺度模型的模拟.最后,给出了带地形模型、航空探测模型和多尺度模型的模型算例,验证了方法的适用性.提出的正演方法具有稳定性好、计算效率高、适用范围广的优势,实现了全空间正演和半空间正演的统一,适用于多领域(巷道、隧道、带地形的地面、航空探测等)和广尺度(小尺度、大尺度和多尺度)正演.

关键词：瞬变电磁法全空间半空间多尺度三维正演 FDTD

一种新型可移动TEM喇叭辐射波模拟器的模拟优化

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强激光与粒子束 2024年第7期36卷 21-28页

作者：朱湘琴吴伟蔡利兵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

为改善基于TEM喇叭的辐射波模拟器的低频辐射特性从而展宽其辐射近场半高宽,首次提出了在指数型TEM喇叭上/下两个极板的端口加上2个金属直板、并通过倾斜金属板和并联电阻相连的新型可移动模拟器的设计方案。基于FDTD方法模拟分析了该... 详细信息

为改善基于TEM喇叭的辐射波模拟器的低频辐射特性从而展宽其辐射近场半高宽,首次提出了在指数型TEM喇叭上/下两个极板的端口加上2个金属直板、并通过倾斜金属板和并联电阻相连的新型可移动模拟器的设计方案。基于FDTD方法模拟分析了该新型模拟器的特性参数对其近场辐射性能的影响,并给出了优化后的模拟器及其阵列的辐射特性。计算结果表明:尺寸为6 m×6 m×6.24 m的优化后的新型模拟器在距离口面3 m的中心位置的辐射近场脉宽能达到18.95 ns,而达到相同低频辐射性能的常规模拟器尺寸为9 m×12 m×6.8 m。且与常规模拟器相比,优化后的模拟器的场峰值更大。与前人的研究相比,优化后的模拟器场在保持高峰值的同时,时域波形后延震荡的幅度与主峰的比值明显减小。优化后的模拟器2×2阵列模型的测试平面中心点场峰值最大,且在测试平面上满足6 dB均匀性要求的有效测试区最大;有效测试区在横向上范围最大的是2×2阵列模型,其次是2×1阵列模型;在纵向上范围最大的是2×2阵列模型及1×2阵列模型。

关键词：优化 TEM喇叭电磁脉冲电阻辐射波模拟器 FDTD

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低频多跳天波时延估计算法比较

电波科学学报 2022年第2期37卷 244-250页

作者：穆中林王桥桥周丽丽胡欣悦何立风空军工程大学航空工程学院西安710038 陕西科技大学电气与控制工程学院西安710021 陕西科技大学电子信息与人工智能学院西安710021

低频天波传播时延的准确预测对其在远程导航授时中的应用潜力挖掘具有重要意义.为了获得地-电离层波导中低频多跳天波模式的传播时延特性,同时验证典型多径时延估计算法在不同信道环境下的作用性能,文中首先采用时域有限差分(finite-dif... 详细信息

低频天波传播时延的准确预测对其在远程导航授时中的应用潜力挖掘具有重要意义.为了获得地-电离层波导中低频多跳天波模式的传播时延特性,同时验证典型多径时延估计算法在不同信道环境下的作用性能,文中首先采用时域有限差分(finite-difference time-domain,FDTD)电磁计算方法对不同电离层反射情况下的距发射台400 km处地面接收的低频天地波耦合总场进行正演预测,然后分别基于快速傅里叶变换(fast Fourier transform,FFT)/快速傅里叶逆变换(inverse fast Fourier transform,IFFT)频谱相除、多重信号分类(multiple signal classification,MUSIC)和旋转不变技术信号参数估计(estimating signal parameters via rotational invariance techniques,ESPRIT)三种算法对电磁场数值预测结果进行后处理,解耦得到不同模式(地波、一跳天波、二跳天波、三跳天波及四跳天波)的时延,并在此基础上分析比较了无噪声和信噪比(signal-noise ratio,SNR)为0 dB、-5 dB以及-10 dB情况下三种算法对多跳天波的时延估计结果.结果表明,波跳次数越高,算法的检测能力越差.对于文中所模拟的信道条件,在弱噪声(SNR=0 dB)、电离层强反射时,FFT/IFFT算法结果精度最高,时延误差不超过400 ns;而在强噪声(SNR=-10 dB)、电离层弱反射时,ESPRIT算法稳定性最好,误差范围在5μs以内.

关键词：低频天波 FDTD 时延估计 FFT/IFFT频谱相除算法 MUSIC算法 ESPRIT算法

基于FDTD和EMTP的特高压大跨越线路雷击暂态过程对比分析

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高压电器 2019年第9期55卷 187-193页

作者：谢文炳赵贤根肖佩傅智为吴文斌何俊佳国网福建省电力有限公司电力科学研究院福州350000 华中科技大学强电磁工程与新技术国家重点实验室武汉430074

大跨越线路的杆塔高、档距长,反击闪络风险高,准确分析其雷击暂态过程,对于保证特高压线路的安全运行具有重要意义。文中针对淮南—上海特高压工程南通—苏州段的大跨越输电线路,分别建立了该线路雷击暂态过程的FDTD和EMTP模型,得到了... 详细信息

大跨越线路的杆塔高、档距长,反击闪络风险高,准确分析其雷击暂态过程,对于保证特高压线路的安全运行具有重要意义。文中针对淮南—上海特高压工程南通—苏州段的大跨越输电线路,分别建立了该线路雷击暂态过程的FDTD和EMTP模型,得到了大跨越线路的杆塔横担与塔顶电压、导线电压和绝缘子串过电压,并开展了对比分析,结果表明:采用Hara提出的杆塔多波阻抗模型,EMTP计算得到的横担和塔顶电压远大于FDTD计算结果;若不考虑感应分量,EMTP计算得到的导线电压大于FDTD计算结果;上述结果导致EMTP计算得到的绝缘子串过电压远高于FDTD计算结果。

关键词：大跨越线路特高压雷电暂态特性 FDTD EMTP 感应分量注入分量

新型FDTD网格剖分方法及在舰船雷电防护中的应用

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新型FDTD网格剖分方法及在舰船雷电防护中的应用

作者：赵嘉晨西北师范大学

学位级别：硕士

随着近些年电子、计算机技术的飞速发展,我们的社会逐渐迈入自动化的时代,越来越多的电子设备出现在我们的生活中,各种先进的天线、雷达、自动控制等电子系统被应用于汽车、飞机、舰船上,高集成的电子系统为舰船等设备提供便利的同时,... 详细信息

随着近些年电子、计算机技术的飞速发展,我们的社会逐渐迈入自动化的时代,越来越多的电子设备出现在我们的生活中,各种先进的天线、雷达、自动控制等电子系统被应用于汽车、飞机、舰船上,高集成的电子系统为舰船等设备提供便利的同时,也带来了极大的隐患。除了电子系统内部产生的电磁干扰外,现代化武器、雷电等外部因素产生的电磁干扰也会对舰载设备带来或多或少的影响。对于在海面上航行的舰船来说,雷电电流产生的电磁脉冲是不可忽略的干扰因素之一。雷电电流具有频率低、响应时间短等特点。因此,在很短的时间内,雷电电磁脉冲可以在舰载设备间产生高强度的耦合电磁场,耦合电磁场又会在电子设备间产生耦合电流,对舰载设备带来严重的损伤,轻则设备失灵,重则引发火灾。因此,对雷电电磁脉冲在舰船上产生的耦合效应及防护的研究具有重要的意义。在电磁学中,舰船属于电大尺寸物体,且对雷电的电磁耦合效应研究主要在时域展开。因此本文选择时域有限差分法（FDTD）对舰船进行仿真。相比于频域算法来说,FDTD可以直接得到时域内的计算结果,并且FDTD算法在计算电大尺寸物体时具有优势。FDTD算法使用六面体网格（Yee网格）作为最小单元,因此在FDTD方法计算前,需要对仿真的模型进行网格剖分。本文设计了一种基于FDTD算法的网格剖分方法,该方法由两部分组成,首先通过表面随机填充的方法得到模型表面网格,再使用一个基于FDTD框架的算法得到模型内部区域的网格。在Matlab软件中编程实现,并通过与射线求交法的对比,验证了该方法的效率及精度,同时也对比了CST软件的仿真结果,进一步验证方法的准确性。接下来利用该方法对舰船及船舱模型进行网格剖分,在Matlab软件中使用FDTD仿真得到雷电电磁脉冲对舰船及船舱内部线缆的耦合效应。对于舰船模型,仿真得到雷电分别击中舰船甲板和天线时,舰船船身不同位置的耦合电场场值及变化规律,分析舰船船身位置的耦合电场与磁场的传播规律。对于船舱模型,仿真得到雷电击中船舱天线时,船舱内外产生的耦合电场及船舱内部线缆的耦合电压,通过改变线缆半径和线缆所处位置,分析研究了其耦合规律。由于雷电电流幅值高,作用时间短,因此在试验中模拟雷电电流的难度较高,成本较大,且具有一定的危险性,本文使用仿真方法模拟雷电电流并研究其对舰船及船舱模型的耦合效应,仿真结果可以为后续试验结果提供数据参考。

关键词： FDTD 网格剖分方法雷电电磁脉冲耦合效应舰船及船舱