兵工学报 ›› 2024, Vol. 45 ›› Issue (4): 1311-1320.doi: 10.12382/bgxb.2022.1243
收稿日期:
2022-12-13
上线日期:
2024-04-30
通讯作者:
WU Gang*(), XIAO Jing, XIE Linshen
Received:
2022-12-13
Online:
2024-04-30
摘要:
大型导波核电磁脉冲模拟器可为系统级装备试验提供自由空间辐照环境。针对此类模拟器常用的双板导波天线可能存在的传输损耗和波形畸变问题,以电磁仿真软件和算例对比分析研究了3种主要的影响因素,包括土壤的介电损耗及其抑制、前锥板向平行板转折的结构不连续、线栅阵列代替金属板的缝隙泄漏。研究结果表明:对上下极板等宽的情形,土壤损耗可使电压传输效率降低25%以上;适当展开下极板宽度可屏蔽土壤损耗;上极板转折处的结构不连续可导致平行段试验空间内电场呈现双峰交叠、幅度降低、波形畸变等特征;最大线间距0.3m不会导致前沿显著变化。作为工程应用案例,设计了前锥长度60m、顶高15m、下极板拓宽3m、由100根线栅阵列构成上极板的导波天线,试验空间超过20m×20m×10m,实现了前沿2.5~3.0ns双指数脉冲的无损耗、无畸变传输。
中图分类号:
吴刚, 肖晶, 谢霖燊. 大型双板导波天线对核电磁脉冲传输损耗和畸变特性[J]. 兵工学报, 2024, 45(4): 1311-1320.
WU Gang, XIAO Jing, XIE Linshen. Loss and Distortion Characteristics of Large Two-plate Guided-wave Antennas for Transmitting Nuclear Electromagnetic Pulse[J]. Acta Armamentarii, 2024, 45(4): 1311-1320.
地极板条件 | 电流峰值/A | 馈入阻抗/Ω |
---|---|---|
自由空间 | 440 | 114 |
湿土壤 | 487 | 103 |
干土壤 | 469 | 107 |
土壤全屏蔽 | 563 | 89 |
地极板拓宽δ=5m | 569 | 88 |
地极板拓宽δ=3m | 571 | 88 |
地极板拓宽δ=1.5m | 569 | 88 |
地极板拓宽δ=0.5m | 567 | 88 |
表1 地极板条件变化对馈入阻抗的影响
Table 1 Effect of the ground conditions on the input impedances
地极板条件 | 电流峰值/A | 馈入阻抗/Ω |
---|---|---|
自由空间 | 440 | 114 |
湿土壤 | 487 | 103 |
干土壤 | 469 | 107 |
土壤全屏蔽 | 563 | 89 |
地极板拓宽δ=5m | 569 | 88 |
地极板拓宽δ=3m | 571 | 88 |
地极板拓宽δ=1.5m | 569 | 88 |
地极板拓宽δ=0.5m | 567 | 88 |
图4 改变地极板条件对中心平面的极板内外电场峰值影响
Fig.4 Effect of the ground-plate conditions on the peak E-field strengths in the central plane outside and inside the upper plate
地极板条件 | 测点/m | ||
---|---|---|---|
(40,10,1) | (60,10,1) | (60,10,10) | |
自由空间 | 5.4 | 3.7 | 3.3 |
湿土 | 2.8 | 2.1 | 2.6 |
地极板拓宽δ=5.0m | 3.8 | 3.0 | 3.5 |
地极板拓宽δ=3.0m | 3.7 | 2.9 | 3.5 |
地极板拓宽δ=1.5m | 3.5 | 2.8 | 3.3 |
地极板拓宽δ=0.5m | 3.3 | 2.6 | 3.1 |
表2 靠近上下极板边缘的测点电场峰值变化
Table 2 Variation of peak E-field strengths near the edges of two plateskV/m
地极板条件 | 测点/m | ||
---|---|---|---|
(40,10,1) | (60,10,1) | (60,10,10) | |
自由空间 | 5.4 | 3.7 | 3.3 |
湿土 | 2.8 | 2.1 | 2.6 |
地极板拓宽δ=5.0m | 3.8 | 3.0 | 3.5 |
地极板拓宽δ=3.0m | 3.7 | 2.9 | 3.5 |
地极板拓宽δ=1.5m | 3.5 | 2.8 | 3.3 |
地极板拓宽δ=0.5m | 3.3 | 2.6 | 3.1 |
位置 | 测点/m | 金属板 | N | ||
---|---|---|---|---|---|
100 | 48 | 24 | |||
中轴面内 近地测点 | (40, 0, 1) | 2.6 | 2.6 | 2.8 | 3.2 |
(50, 0, 1) | 2.6 | 2.7 | 2.8 | 3.0 | |
(60, 0, 1) | 2.8 | 2.8 | 3.1 | 2.9 | |
中轴面近 上板测点 | (50,0, 10) | 2.5 | 2.6 | 3.6 | 4.9 |
(60,0, 10) | 2.8 | 2.9 | 3.6 | 4.8 | |
近极板 边缘测点 | (50,10,10) | 2.4 | 3.5 | 5.3 | 7.4 |
(60,10,10) | 2.7 | 3.5 | 4.6 | 5.9 |
表3 上极板采用金属板和线栅阵列的电场前沿比较
Table 3 Comparison of the rise times of E-field strengths of the upper plate made by solid conductor and N wiresns
位置 | 测点/m | 金属板 | N | ||
---|---|---|---|---|---|
100 | 48 | 24 | |||
中轴面内 近地测点 | (40, 0, 1) | 2.6 | 2.6 | 2.8 | 3.2 |
(50, 0, 1) | 2.6 | 2.7 | 2.8 | 3.0 | |
(60, 0, 1) | 2.8 | 2.8 | 3.1 | 2.9 | |
中轴面近 上板测点 | (50,0, 10) | 2.5 | 2.6 | 3.6 | 4.9 |
(60,0, 10) | 2.8 | 2.9 | 3.6 | 4.8 | |
近极板 边缘测点 | (50,10,10) | 2.4 | 3.5 | 5.3 | 7.4 |
(60,10,10) | 2.7 | 3.5 | 4.6 | 5.9 |
位置 | 测点/m | Ep/(kV·m-1) | tr/ns |
---|---|---|---|
(40, 0, 1) | 97 | 2.9 | |
中轴面内近地测点 | (50, 0, 1) | 77 | 2.9 |
(60, 0, 1) | 64 | 3.0 | |
中轴面近上板测点 | (50, 0, 10) | 85 | 2.8 |
(60, 0, 10) | 69 | 3.1 | |
(40, 10, 1) | 69 | 3.0 | |
近极板边缘测点 | (50, 10,10) | 99 | 3.5 |
(60, 10, 1) | 55 | 2.9 | |
(60, 10, 10) | 69 | 3.6 |
表4 图8(c)所示各测点电场峰值波形前沿
Table 4 Peaks and rise times of E-field waveforms in Fig.8(c)
位置 | 测点/m | Ep/(kV·m-1) | tr/ns |
---|---|---|---|
(40, 0, 1) | 97 | 2.9 | |
中轴面内近地测点 | (50, 0, 1) | 77 | 2.9 |
(60, 0, 1) | 64 | 3.0 | |
中轴面近上板测点 | (50, 0, 10) | 85 | 2.8 |
(60, 0, 10) | 69 | 3.1 | |
(40, 10, 1) | 69 | 3.0 | |
近极板边缘测点 | (50, 10,10) | 99 | 3.5 |
(60, 10, 1) | 55 | 2.9 | |
(60, 10, 10) | 69 | 3.6 |
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