圆极化波孔缝耦合分析

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1、第一章绪论1．1研究工作的背景所谓“高功率微波脉冲”，是指微波的脉冲峰值功率大于100MW以上，频率在0．5GHz300GHz之间的电磁脉冲。高功率微波(Hi幽powermicrowave)，简称HPM)是随着加速器作为微波管的初级变压源的实用化而迅速发展起来的，通信和电子战的应用需求以及近代微波理论的迅速发展也对其起到了推动作用。高功率微波还极大地促进了高功率雷达，超级干扰机，等离子物理和高功率微波武器等的发展llj。高功率微波主要应用在电子战中。众所周知，传统的电子战是利用电子干扰和电子欺骗

2、来阻止或削弱敌人对电磁频谱的有效使用。而在新定义的电子战概念中，还包括使用定向能等摧毁性武器，郎从以电磁信息为基础的“软杀伤”阶段到以电磁能量为基础的“硬杀伤"阶段，电子战的作战目标已不限于攻击敌方用于发射和接收辐射电磁波的电子装备和系统，而是通过直接攻击敌方人员，设施和装备，达到削弱，瓦解和摧毁敌方总体战斗力。高功率微波武器是三大定向能武器之一，它与其他定向能武器相比有其独有的优点，它不仅可以与雷达兼容构成一体化系统，实施低功率探测，跟踪目标，对目标进行干扰，还可以迅速提高功率，对目标实施硬杀

3、伤摧毁，或者对敌目标的电子设备实施破坏，具有软硬杀伤兼备的特点，因此，高功率微波武器在目前和未来电子战应用中是对付电子设备和武器系统的新一代电子战武器装备，它的出现是电子战技术发展的一次质的飞跃【2-8】。根据高功率微波的应用特点，对高功率微波脉冲与电子设备的耦合规律进行研究具有重要的意义。高功率微波能量能够通过“前门耦合"和“后门耦合"进入电子系统。前门耦合是指能量通过天线进入包含有发射机或者接收机的系统；后门耦合是指能量通过机壳的缝隙或者小孔泄漏到系统中。高功率微波能量的耦合类型主要有三种形

4、式。第一种是电感应式，即由金属导体沿长度方向的电场分量感应的电流；第二种是磁感应式，即由导体构成的环平面垂直的磁场成分感应的电流；第三种是电阻耦合，即当导体进入了电离了的空气、盐水、大地之类的导电性质的媒质时电子科技人学硕士学位论文产生的。当导体的最大尺寸与辐射波长可以相比拟时，此时的耦合的效率最高。就高功率微波能量耦合的途径而言，主要有以下五种：1)天线耦合。任何暴露于电磁场的金属导体都可认为是天线，包括真正的无线电接收天线、金属导线、引线、连接棒，甚至机壳、回路、传输电缆等。2)传输电缆耦合

5、。暴露于电磁波下的屏蔽电缆会在屏蔽层表面产生电流，虽然有趋肤效应，但是由于强度大，通过阻抗耦合，在芯线上仍然会产生很大的电流。3)孔洞或缝隙耦合。对于电磁波的防护一般可以采取屏蔽，但是由于高功率微波的波长在厘米至毫米量级，因此孔洞或者缝隙的尺寸很容易大于半波长，从而电磁波可以进入屏蔽壳内。对于导弹、卫星、飞机而言，均存在孔洞或者缝隙，对于地面设施而言，孔洞缝隙更多，因而功率越高时，泄漏也更严重。但是当功率太高时，导致空气电离，反而对系统起到一定的屏蔽作用，但是其分析比较复杂。4)电源线耦合。电源

6、线耦合类似于传输电缆耦合。电源线往往有一段暴露于电磁波下，因而很容易导入高功率微波。5)回路耦合。由Maxwell方程可知，电磁波或者大电流经过任何回路时都会产生电磁场耦合。这里的回路不同于我们通常意义上的工程设计的回路，周围空气及大地均可构成干扰回路。特别是当大电流注入大地时会产生高电位，通过地回路又将影响到其它设备或者系统。高功率微波脉冲对电子及电气设备的破坏过程可以分为三个阶段即渗透、传输和破坏。首先电磁脉冲由天线、电缆、各种端口部分或者飞机表面的媒介向内部渗透，其能量变成随时间、空间变化

7、的大电流，大电压，然后以电磁脉冲渗透的上述部分，作为能量的中转站传输到内部脆弱的部位(如电子元器件、集成电路等)，最后进入空间结构体的电磁脉冲作用于非常小的高密度的脆弱部位(电子元件、集成电路及连接点等)，由于能量密度极高而造成损坏。本课题对圆极化波的孔缝耦合的研究，是因为圆极化波相对于极化波有许多优点。圆极化波是指电场强度矢量E的端点在空间描绘出的轨迹为圆的波。即：沿Z方向传播的均匀平面波，若电场的水平分量E，与垂直分量E、，振幅相等，相位相差为±90。，则合成表现为圆极化波。圆极化波E，和E

8、、，的相位关系可分为左旋圆极化波和右旋圆极化波。圆极化波在传输上的最大优点是在穿过雨雾层和电离层时，引入的损耗小，非常有利于恶劣天气下的传播。并且圆极化波传输时也不存在线极化波的极化面旋转问题。由于圆极化波在传送过程中以螺旋的方式传播，无论2第一章绪论腔体孔缝的方向如何，总会有一定的能量耦合到腔体内。随着能量的积累，在腔体内可以形成耦合效应‘91。1．2国内外研究现状高功率微波是随着加速器作为微波管的初级变压源的实用化而迅速发展起来的，由于高功率微波在国防和民用上具有广泛的应用前景，引起了世界各