基于HFSS对目标RCS的仿真研究

雷达散射截面积(radar cross section,RCS)是末制导雷达半实物仿真试验中的重要参数,而敌方目标的RCS数据难以通过外场测量手段获取。利用电磁仿真软件仿真计算成为获取雷达目标电磁散射特性的有效途径。利用HFSS仿真计算了金属球的RCS,仿真结果与理论值很好的匹配,得到HFSS仿真计算目标RCS具有很好的精度。HFSS仿真计算5m2标准体的RCS与暗室实测的结果仅差0.68dB,进一步验证了HFSS仿真计算目标RCS的可靠性和有效性,研究成果可为精确仿真雷达回波提供依据。     

高压直流换流站单相阀塔电磁辐射仿真及实验

根据目前国内外对高压直流换流站阀厅内电磁骚扰特性的研究,在直接频域计算方法的基础上,进一步研究了换流阀模块频域阻抗特性的计算方法,并采用其中一种方法获得的阀臂阻抗参数,利用基于矩量法的仿真软件FEKO搭建了单相阀塔的辐射模型,并进行了仿真计算,该模型考虑了阀模块的屏蔽罩、金属横梁等面天线结构,更准确地体现了阀塔的实际结构.还进行了单相阀塔的10∶1缩比模型实验,通过实验验证了仿真的正确性.     

基于相似理论的电力变压器缩比关系研究

相似理论是试验分析中被广泛采用的应用科学方法,以相似理论为基础确立缩比关系有助于从模型测试结论推导至实际模型结论,采用缩比模型试验用于变压器的设计或者特性研究具有良好的经济意义和价值。本文首先对相似理论的基本定律进行了介绍,然后以电力变压器为研究对象,以尺寸和电流幅值作为基本缩比因子推导得到变压器的缩比关系式,基于Ansoft有限元仿真软件,建立了180匝的变压器原模型和缩比模型,最后进行了电磁场数值仿真比较。研究结果表明,原模型和缩比模型的磁场云图分布规律完全相同,对应时刻及对应位置上的磁感应强度幅值满足缩比关系,验证了本文推导的缩比关系。     

基于变压器缩比模型的绕组冲击电压分布

实际运行的电力变压器绕组无抽头引出线,无法直接测量其冲击电压分布。采用电气特性相似并带抽头的变压器缩比模型代替原模型进行绕组冲击电压分布研究具有重要的工程实用价值。首先在缩比模型和原模型各种物理特性常数和电场强度相同的条件下,根据物理量间的关系,推导了较简化的缩比准则;然后根据实际电力变压器原模型和缩比准则设计了一台相似比为1/20和型号为10 k VA、220 V/2 400 V且带抽头的变压器缩比模型;其次,用有限元仿真软件COMSOL Multiphysics进行了缩比模型与原模型的电场、磁场和电磁场综合仿真对比分析,验证了该缩比准则的正确性。最后,搭建试验平台测量变压器缩比模型在纳秒脉冲下的绕组冲击电压分布。得出变压器绕组冲击电压分布极不均匀,高压端承受电压较大。     

大载荷电磁线圈发射器相似条件研究

建立了大载荷电磁线圈发射器的数学模型,结合相似原理推导了原型发射器与缩比模型各动态特性参数间的相似关系。根据实验条件确定了原型与缩比模型的相似比例系数并建立了EMCLHL缩比模型,通过仿真计算得到的结果证明了原型和缩比模型动态特性规律呈比例关系,且满足模型设计条件中各物理量的相似比例关系,相似模型条件是成立的。     

射频同轴开关热特性仿真分析

基于Ansys Workbench建立射频同轴开关的电磁热耦合计算的3D有限元模型,由HFSS计算得到射频切换系统各部件的功率损耗,将其导入稳态热分析模型作为热源,再由相似原理计算得到射频同轴开关外表面对流散热系数,最后得到射频同轴开关各部件的温度场分布.试验验证了仿真模型的有效性.分析了信号频率、功率,导体及绝缘支撑的材料属性对同轴开关温度分布的影响,对同轴开关的优化设计提供了参考.     

一种雷达目标极化特性建模方法

主要针对雷达目标极化特性建模问题开展相关研究,提出了一种利用SolidWorks虚拟装配技术构建目标几何模型,再利用FEKO电磁计算软件计算目标极化散射矩阵建模方法。采用该方法分别对典型舰船目标、飞机目标及角反射体进行了几何建模,并以舰船目标为例,详细介绍了极化散射矩阵求解过程,计算结果表明舰船在不同角度的主极化比交叉极化变化值差异很大,其变化趋势同实际测量情况基本一致。提出的雷达目标极化特性建模方法对于提高目标极化模型逼真度和仿真置信度具有重要意义。     

换流阀电磁辐射模型初步研究

为了研究直流换流站换流阀在可控硅整流器导通或关断瞬间所产生的高频电磁波可能对换流站周围的无线电接收设备造成的干扰,文章利用以频域离散化方式得到每个阀片在频域内的等效阻抗,建立了单相换流阀塔的辐射模型;搭建了单相阀塔缩比模型以进行实验测量;通过将实验测量数据与基于所建立的辐射模型仿真数据的比较,初步验证了单相换流阀塔辐射模型的合理性。     

雷电冲击下换流变压器的缩比模型设计与测试

换流变压器进行雷电冲击耐压试验研究周期长、代价高,而利用缩比模型进行试验研究具有良好的经济性,且利于试验数据的获取,并可与仿真结果进行对比分析。为设计与原模型电气特性一致的缩比模型,本文推导了雷电冲击下变压器的缩比公式,设计了缩比模型,对缩比模型和原模型在相似激励下的电场和磁场分布进行了仿真对比,并利用多导体传输线模型计算了缩比模型与原模型在雷电冲击下的绕组电压波形,原模型与缩比模型误差在5%以内。对缩比模型进行了绕组分布电压测量,结果表明,引出线结构会影响绕组电气特性,需进一步研究修正方法。     

PEM燃料电池用空压机多参数多目标优化

为获得适用于燃料电池汽车的高压比、小体积、高效率离心空压机,将均匀设计法、神经网络模型、多目标遗传算法同三维数值模拟相结合,提出了一种离心空压机多目标优化方法。以静压比和效率为优化目标,在额定工况下,对燃料电池高速离心空压机叶轮结构进行优化设计。通过台架实验对三维仿真模型的精确度进行验证,并对优化后的叶轮进行了三维仿真分析。仿真结果表明,优化后叶轮的流动性能得到改善,等熵效率和静压比分别提高4.3%和3.2%,叶轮出口速度更加均匀,验证了该离心空压机多目标优化方法的有效性。     

Radar cross-section measurement method using a spatial filtering within a near zone

A spatial filtering is a useful method for suppressing unwanted reflection from undesired scatters on radar cross-section (RCS) measurements. Highly accurate RCS measurements for stealth-designed targets are generally performed by using full-scale models. However, it is difficult to carry out a measurement of a large full-scale target, because a vast RCS measurement site which satisfies the far-field criterion without undesired scatters is required. In this paper, we have applied the filtering method to RCS measurements in a near field and investigated the validity of that method by varying the scanning angular span. First, a distribution of scattering sources including undesired scatters is predicted from near-field spherical- or cylindrical-scanning data. Next, undesired scatters are suppressed using the spatial filtering. Finally, RCS values of the test target are calculated by taking the Fourier transform of the filtered scattering source distribution. Using electromagnetic simulations, we have validated the RCS measurement method by comparing predicted RCS with reference data as far-field RCS of the test target. As a result, predicted RCS profiles closely matched with reference data. In conclusion, the proposed method is useful for RCS measurements within the unsuitable near zone. Copyright © 2009 Institute of Electrical Engineers of Japan. Published by John Wiley & Sons, Inc.     

材料磁导率对混响室场性能影响的仿真分析

为了在混响室的设计过程中合理地选择材料,以达到优化混响室场性能的目的,采用基于矩量法的电磁仿真软件FEKO分别对使用3种不同磁导率材料混响室的电磁场进行了仿真计算,从场强大小和场均匀性两个方面研究了材料磁导率对混响室场性能的影响。仿真结果表明:材料的磁导率越大,混响室内电场强度的各分量最大值和场强平均值越小,并且材料磁导率的变化不改变混响室内电场的分布情况。从场均匀性方面来看,对于3种不同磁导率材料的混响室,在80和150MHz频点处,其场均匀性均满足标准IEC61000-4-21的要求。     

基于FEKO建模的变电站电磁干扰研究

变电站是电力系统强电和弱电最集中的场所,电磁环境十分复杂。工频电流、雷击过电流、操作电流和冲击电流等会造成各种电磁干扰,而变电站中的设备和建筑等物体会对电磁辐射产生遮挡,折射和反射的作用使电磁干扰的情况变得更为复杂。所以,变电站内的电磁环境和站内物体对电磁辐射的传播影响值得深入研究。借助FEKO软件,将一段小导线构成的电偶极子作为干扰源,对单个电偶极子在自由空间中的辐射情况进行仿真和分析,在一台简化的变压器模型附近设置干扰源后,分析变压器附近的场强情况,再对经简化的变电站模型内不同位置设置干扰源的情况进行了仿真,得到干扰源在不同高度的水平面上产生的电场分布图像,由此分析干扰源对变电站的电磁干扰情况。     

金属球电磁散射特性FDTD并行计算及性能分析

研究金属球电磁散射特性及其FDTD并行计算,可为金属目标和结构更为复杂的其他目标的电磁散射特性及复杂算法的研究提供理论依据与方法借鉴.采用时域有限差分（FDTD）法分析了自由空间中金属球远区散射电场分布情况,得到了电磁波远场区电场分量和雷达散射截面（RCS）的波形曲线,与现有实验数据作了比对,利用OpenMP＋细粒度方式实现了FDTD算法并行化,并对该并行方法进行了并行性能分析与正确性验证.实验表明,计算结果与现有金属球远场区散射场数据非常吻合,并证明了该并行算法的正确性和有效性.     

标准目标电磁散射特性研究

研究标准目标的电磁散射特性,为目标电磁散射特性的研究提供理论依据。围绕标准目标电磁散射特性理论研究方法和雷达散射截面（RCS）的概念,讨论了常用定标体金属导体球的雷达散射截面的理论计算方法,用有限元法（FEM）计算了导体球的NRCS值和相位。计算结果与已给出金属导体球的NRCS值和相位值比较吻合,验证了该方法的可行性。     

基于单谐振结构的金属裂纹CRFID传感器设计

为实现单结构谐振器对金属裂纹参数的无损检测,设计了一款同时检测裂纹宽度及方向的无芯片射频识别(CRFID)金属裂纹传感器。将圆形、切角矩形谐振器一体化设计,利用HFSS有限元分析软件对传感器进行结构优化与性能仿真。深层次探究了不同裂纹缺陷下传感器雷达散射截面(RCS)的响应特征。结果表明金属结构的裂纹方向和裂纹宽度可以通过传感器谐振频率的变化进行识别。双极化下RCS幅频特性的频偏方向对应裂纹的方向,而频偏量与裂纹宽度成正比。设计的CRFID传感器能够检测0°水平方向、90°竖直方向、45°或135°斜向等三类方向下的亚毫米宽度裂纹,其中裂纹宽度检测灵敏度最高可达43.5 MHz/0.1 mm。     

背向波导馈入式微波炉电磁场分布

微波炉是利用微波加热的原理和特点设计成功的一种加热设备.在微波炉腔中加入搅拌器,可以提高加热的均匀性.文中利用HFSS8.0软件对背向波导馈入式微波炉腔内电磁场进行仿真,根据仿真结果分析某种类型微波炉在场分布方面的特点.     

混响室测试区场均匀性分布规律仿真分析

为了研究混响室工作区(或称测试区)场均匀性分布规律,用电磁仿真软件FEKO建立了混响室的物理模型。采用矩量法结合物理光学法,计算混响室测试区24个位置的电场强度,比较得出的3个大小不同测试区电场的标准偏差,发现工作区域2的标准偏差小于工作区域1的标准偏差,而工作区域3的标准偏差小于工作区域2的标准偏差,这说明电场的均匀性随测试区体积的减小而提高,越靠近工作区的中央电场均匀性越好,用于进行电磁兼容测试的待测物最好放在工作区的中央位置。