空间近场无线能量传输系统电磁屏蔽建模与仿真分析

建立空间近场无线能量传输系统电磁屏蔽仿真模型,开展传输功率、工作电压、传输距离、工作频率对电磁屏蔽影响的仿真分析,研究电磁屏蔽条件下这些参数对线圈及系统效率、功率变化情况及屏蔽效能的影响关系。仿真结果表明:在电磁屏蔽条件下,随着传输距离的增大,屏蔽体的影响逐渐加大;输入电压对屏蔽效能无太大影响;在电磁屏蔽条件下,负载电阻对系统效率的影响较小,但随着阻值的增大,输出功率会有所减小;系统效率和屏蔽效能会随着工作频率的增加而有微幅的减小。仿真模型能解决交变电磁场环境下空间近场无线能量传输系统参数与屏蔽影响准确分析问题;仿真结果可为空间近场无线能量传输系统增加电磁屏蔽后系统参数的设计提供依据。     

孔缝对导弹电子设备机箱电磁屏蔽效能的影响

电子设备电磁屏蔽效能的好坏直接影响着导弹武器系统的电磁兼容性能,而其机箱上的孔缝造成的电磁泄漏是一个不容忽视的问题.针对这个问题,本文运用FDTD分析计算软件EZ-FDTD进行FDTD建模,分析计算了孔缝形状、数量、大小及排列对电子设备电磁屏蔽效能的影响,提出了具体的改进措施.并对某型导弹的电子设备机箱进行了电磁屏蔽设计,使其屏蔽效能提高了26dB,验证了本文电磁屏蔽设计方法的有效性.     

航天器电子设备机箱屏蔽效能的有限元方法预测

航天器电子设备机箱上的缝隙会对其屏蔽性能造成影响。文章首先采用相关文献比较法证明了有限元方法分析箱体缝隙屏蔽性能的有效性,然后计算了在平面波照射和内部对称振子激励两种情况下盖板缝隙对屏蔽效能的影响。分析结果证明,需要采用相应方法抑制缝隙带来的电磁泄漏。     

基于可重构寄生阵列的封闭空间微波能量传输

针对航天器内部空间等封闭环境下电磁波的多径传播特性和阵列天线单元间的耦合效应,本文研究采用寄生阵列,通过控制寄生阵列单元负载的电抗实现高效率微波无线能量传输的方法。通过多端口微波网络建模,分析了寄生阵列天线方案相较于传统相控阵天线方案的能量传输性能和效率最大化机理。设计实现了基于射频开关切换的可调反射负载,并在此基础上形成了寄生阵列反射负载自动控制系统和传输效率优化程序。基于该系统和程序,在1m 边长立方体的金属边界封闭空间实验环境下,测试了不同单元数可重构寄生阵列无线能量传输的性能和快速优化方法。测量结果表明增加寄生天线单元数目能够显著提高能量传输效率,从而提供了可重构寄生阵列传能技术实用化的一种有效途径。     

电磁发射技术的关键问题及其数值模拟

为了分析影响电磁发射性能关键技术问题,研究了电磁发射的相关因素,并进行了仿真分析.对当前提出的几类电磁发射技术进行总结,分析了其在高功率脉冲电源,电力调节控制,轨道、弹丸材料与结构以及抗烧蚀等方面的技术问题.讨论了轨道式发射装置的教学模型,并进行仿真.对发射效率、出口速度和发射精度等指标进行数据分析.结果表明,电源功率、轨道材料性能和电力调节控制方法是影响电磁发射性能的关键因素.     

火星全球遥感探测器多学科建模与协同优化

针对火星全球遥感探测器的总体参数设计与优化问题,基于多学科设计优化(Multidisciplinary Design Optimization,MDO)的思想,首先建立以遥感性能和总质量为综合优化目标的总体优化模型,从而实现对总体指标的分解,作为分系统设计的输入条件。基于总体指标分解的结果,然后对探测器的载荷、电源和控制等分系统的变量及约束进行分析,得到分系统优化模型。采用协同优化方法对整个优化问题的耦合关系进行协调并由总体向分系统传递指标和相关耦合参数,采用自适应动态罚函数法和多种优化算法协作优化的寻优机制,来提高总体优化与分系统优化寻优收敛的速度,从而求解获得协同一致的探测器总体参数优化结果与分系统优化结果,验证了MDO方法应用于航天器总体设计的有效性。     

多学科设计优化在空间站太阳翼构型设计中的应用

论述了空间站太阳翼构型的优化问题及应当考虑的设计参数、设计约束、优化目标以及组装建造阶段,分析了优化问题涉及的学科和参数耦合关系;以一个虚拟的空间站服务舱为例,探讨了其太阳翼构型优化建模,给出了3个单目标优化模型,包括设计变量、约束条件和目标函数,比较并说明了优化结果,表明优化合理有效。     

“风云一号”星上计算机电磁兼容性考虑

由于星上产品元器件间电磁干扰的日益严重,电磁兼容性设计已成为卫星工程产品的一项设计指标和鉴定内容.“风云一号”星上计算机电磁兼容性的设计目的和总要求是:保证计算机能抗外来的电磁干扰;本身不给其他设备造成干扰影响,对系统兼容性工作不会造成大的影响.星上计算机电磁兼容性设计内容包括:对高频信号、引线用屏蔽线、电磁辐射干扰进行屏蔽;对逻辑电路,从选用元器件、电路设计和走线合理方面加以考虑;对供电系统、接地系统进行滤波和隔离;对引线耦合,在走线、布局和阻抗匹配上加以考虑.     

卫星星敏感器结构强电磁耦合效应仿真及实验研究

作为姿态测量器件安装在GEO卫星星表的星敏感器易受空间严酷带电环境影响,在强电磁脉冲干扰下出现在轨异常。文章通过数值模拟仿真和测试实验对星敏感器结构在电磁脉冲形成的强电磁场作用下的耦合效应进行研究,仿真计算强电磁场下星敏感器内部的耦合场分布和结构的电磁屏蔽效能,并进行相应的屏蔽效能验证实验。结果表明:强电磁场的高频部分通过星敏感器的光学窗口耦合进入星敏内部后将形成较强的电磁场,在谐振频点还会产生场强增强效应,使结构的屏蔽效能显著下降,内部的电子学器件受到干扰,需要采取相应的防护措施。以上结果可用于星敏感器的强电磁环境防护及相应的在轨异常分析。     

国内外电磁屏蔽方舱电磁屏蔽性能的比较

本文首先简要地介绍了现代战场上所存在的恶劣的电磁环境。接着对国内外几种电磁屏蔽方舱的屏蔽性能进行了较详尽的比较。最后在结束语中提出了几点看法。     

非接触式低无源互调波导滤波器

无源互调（passive intermodulation, PIM）是微波部件及系统中一种常见的非线性干扰，对卫星及地面通信均有着普遍影响。不良金属电接触所导致的接触非线性是PIM的主要根源。将间隙波导技术原理与PIM问题相结合，提出通过非接触电磁屏蔽消除微波部件中的金属接触，实现了稳定高效的PIM抑制效果。首先以槽间隙波导为例，开展了非接触式波导传输线的PIM实验研究，进一步采用串联短路枝节结构，设计研制了一种Ku频段非接触式波导低通滤波器。实测结果显示，非接触式滤波器在具有优秀电磁传输性能的同时，其PIM电平基本保持在测试系统残余PIM电平附近，且不受表面处理及连接力矩影响，获得了稳定的低PIM特性。该工作可为低PIM微波毫米波部件及系统设计实现提供一种新的思路。     

电子仪器的电磁屏蔽设计

电磁屏蔽设计是电子仪器及系统电磁兼容性设计的重要内容，本文介绍了电磁屏蔽设计的基本原理，分析了影响电子仪器电磁屏蔽效果的因素，指出了存在的问题，并提出了相应的改进措施，这些措施在遥测系统中间装置上应用后，仪器的电磁屏蔽效果比以前提高了30～40dB。     

毫米波上变频接收前端光子学集成设计与优化研究

针对宽带毫米波成像系统需求,为实现上变频所用大带宽、高灵敏度电光调制器,对毫米波上变频接收前端光子学集成设计与优化进行了研究。对W波段上变频接收前端各部分进行了场分布分析,用HFSS软件对设计的毫米波共面波导结构进行电磁仿真,讨论了缓冲层厚度、电极高度和电极间距等结构参数对性能的影响,通过结构参数调整获得了优化的性能,并设计了射频模块。设计的W波段电光调制器半波电压理论值低于7V,导体损耗小于0.17dB/(cm·GHz1/2),介质损耗小于0.01dB/(cm·GHz),优于国外当前同类调制器水平;矩形波导-共面波导传输损耗小于1dB;双极切比雪夫滤波电路获得中心频率在77GHz的7GHz带通滤波特性。以此为基础集成的上变频接收前端具有损耗低、体积小、便于应用等优点。     

基于多学科参数化建模和灵敏度分析的飞行器分级优化设计方法

提出一种将飞行器参数化建模、灵敏度分析与气动/隐身综合优化设计相结合的方法.该方法的流程为:(1)建立面向多学科设计的参数化模型,提取分级参数;(2)对分级参数进行灵敏度分析,筛选设计变量;(3)基于分级优化流程,应用多目标优化算法进行飞行器气动/隐身综合优化设计.以一个四尾翼布局飞行器气动/隐身综合优化设计为例,阐述流程的实现过程,结果表明这种方法具有如下优点:(1)多学科参数化建模为气动和隐身性能分析提供统一的参数化模型;(2)使用灵敏度分析工具对分级设计参数进行筛选,精简优化设计任务;(3)基于分级参数和灵敏度分析进行分级优化设计,优化适应值提高56.1%,耗时减少57.02%.     

Ag/Ni@SiO2/环氧树脂电磁屏蔽涂层的制备及性能研究

为获得Ag/Ni@SiO_2/环氧树脂电磁屏蔽涂层的最佳性能,预制了平均粒径为550 nm、磁导率为3.133 2×10~(-5)H/m的二氧化硅镀镍镀银(Ag/Ni@SiO_2)纳米微球,以该微球为填料,环氧树脂为基体,制备了不同含量填料、不同固化温度及固化时间的电磁屏蔽涂层样品,测试其导电性能、导磁性能及电磁屏蔽性能。测试结果表明,在设定固化温度为90℃、固化时间为2 h下,当填料质量分数为65%时,涂层体积电阻率到达渗滤值,当填料质量分数达到70%时,材料内部形成完整导电网络,体积电阻率趋于平缓;最优固化工艺为固化温度110℃,固化时间3 h,填料质量分数达80%的导电涂层材料导涂层的磁导率为9.964×10~(-6)H/m,饱和磁化度为0.020 62 A·m~2/kg,体积电阻率达到0.018 8Ω·cm。涂层在2.25～2.65GHz和6.57～9.99 GHz频段下,传输效能分别为-54.8、-40.6 d B,填料含量大于70%时涂层对电磁波全反射。     

航天器屏蔽电缆的电磁兼容性设计

文章首先给出了航天器电缆的电磁兼容性(EMC)设计准则,分析了屏蔽电缆的屏蔽皮接地原则和原理;讨论了多根屏蔽电缆束外加整体屏蔽的作用及注意事项,给出了几种常用的屏蔽皮接地设计方式以及屏蔽性能优劣对比,指出目前国内航天器电缆常用屏蔽皮接地方式的不足;最后通过某微波遥感卫星上电缆屏蔽设计的应用案例,阐述了如何通过电缆屏蔽设计解决航天型号研制中的电磁兼容问题,为航天器电缆网电磁兼容设计提供了经验参考。     

临近空间高速飞行器综合信道模型研究

针对临近空间飞行器在高速飞行时所经历的高动态多普勒和等离子鞘套等恶劣通信环境以及其通信中断问题,提出了临近空间高速飞行器的综合信道模型方案,在对综合信道内电波传输信道特性分析的基础上将其建模为频率选择性快衰落信道;同时建立了等离子鞘套信道的数学模型,利用传输矩阵法和FDTD算法计算了表征大尺度衰落的电波传输透射系数,并根据散射信道建模方法给出了小尺度衰落的仿真模型并对其参数的获取进行了分析.仿真计算和定性分析表明了该综合信道模型方案的可行性.     

卫星射频接收机电磁兼容防护设计方法

射频接收机是卫星测控、导航、有效载荷等分系统的重要组成设备,也是对电磁干扰最为敏感的设备,在对卫星进行电磁兼容性（EMC）设计时,必须充分考虑射频接收机的EMC防护,以保证其在卫星电测、发射和在轨运行时能够在其所处电磁环境中正常工作.文章描述了卫星射频接收机典型的EMC防护设计方法,从屏蔽、电磁泄露防护和天线耦合防护等方面进行了阐述.     

毫米波段多层介质型频率选择表面设计与仿真

针对准光学馈电网络系统对高性能频率分离器件的需求,研究了一种工作于毫米波段的多层金属微结构介质型频率选择表面(FSS),可透射183GHz频段反射118GHz频段电磁波。设计了一种基于多层金属结构的介质型太赫兹FSS,由在多层Mylar膜(介电常数3.0,损耗正切值0.001)间镶嵌多层基本单元为方孔结构的金属铜,中心频率位于183GHz附近,对频率175~191GHz的电磁波表现为透射性,对112~124GHz的电磁波表现为反射性。用CST MWS软件仿真分析了介质层(Mylar胶)厚度和金属层数对频率选择表面传输性能的影响,并对结构参数进行优化。结果表明:当介质层厚度100μm,金属铜8层,周期306μm,线宽20μm,金属厚度20μm时,频率选择表面在相应频段内的插入损耗与反射损耗均小于0.3dB,同时118GHz处隔离度大于22dB,各项传输性能完全满足设计指标要求。     

多种软磁合金及金属非晶材料的磁屏蔽性能研究

针对部分航天器组件易受磁场影响的问题,文章选取了6种目前常用的软磁合金及金属非晶材料,研究了它们对于弱磁场波动、稳恒磁场以及低频交流磁场的屏蔽效果,结果表明,材料的磁导率与矫顽力对磁屏蔽性能有较大影响,其中矫顽力与磁屏蔽性能的负相关性更好,即矫顽力越低,材料的磁屏蔽性能越好。对于测试的6种材料,铁镍合金材料与钴基非晶材料的磁屏蔽性能优于其他4种,铁镍合金材料在1 kHz以下磁屏蔽性能更佳,钴基非晶材料在50 kHz以下具有一定磁屏蔽效果。