国家关键基础设施电磁恢复力

随着国家关键基础设施建设规模和信息化水平的提升,其在高空电磁脉冲、有意电磁干扰和地磁暴等强电磁环境下的电磁安全逐渐受到了国内外的关注。强电磁环境属于小概率、高风险事件,其影响机理和评估方法与雷电、系统内过电压等常规电磁事件有较大不同,采用期望风险指标的常规可靠性分析方法难以有效评估管理强电磁环境相关风险。从电磁恢复力视角出发,提出了关键基础设施电磁安全的三棱锥模型,并重点以电网为例,探讨关键基础设施电磁恢复力的内涵和外延,并对开展电磁恢复力研究提出建议。     

基于变换光学的椭圆形透明聚集器的设计研究

基于麦克斯韦方程组在不同坐标系下具有形式不变性以及变换光学理论, 通过设计材料的本构参数(介电常数和磁导率)来引导电磁波的传播, 提出了具有电磁透明和电磁聚集两种功能的新型电磁器件-椭圆形透明聚集器的设计方法. 电磁波透明体不会阻挡电磁波的传播并且能够与斗篷内部进行交互; 电磁波聚集器是当电磁波入射到该装置上时, 电磁波能够被设计的装置按照要求集中到一个区域或者一个点, 实现电磁波能量的集中. 本文利用压缩变换和扩展变换推导出了这种电磁器件中各层的相对介电常数和相对磁导率的张量表达式, 并利用基于有限元算法的电磁仿真软件对该电磁器件进行了全波仿真验证, 得到了入射波从各个不同方向入射时磁场z 分量的分布图, 仿真结果证实了该设计方法和电磁参数的正确性. 最后还讨论了电磁器件存在损耗时的情况, 当损耗逐渐增大时, 器件的功能在一定程度上受到了削弱. 本文的设计方法为其他新型电磁器件的设计提供了一种新的思路.     

高置信度强电磁脉冲环境测试技术研究进展与展望

高置信度强电磁脉冲环境测试技术,作为强电磁脉冲研究领域的重要基础共性技术,近年来受到了国内外科研人员的高度关注。主要从天线（传感器）、链路信号传输畸变补偿等方面系统回顾当前高置信度强电磁脉冲环境测试技术研究进展,并结合强电磁脉冲环境生成技术、效应与防护研究发展趋势,阐述强电磁脉冲环境测试面临的挑战,并对高置信度强电磁脉冲环境测试技术发展进行初浅展望,以期为强电磁脉冲技术领域科研人员提供借鉴、参考。     

Absorption and generation of electromagnetic waves by structural inhomogeneities of solid

The integrability conditions of the electromagnetic field equations in a continuum with defects and their wave solutions are found. The following dislocation effects on the electromagnetic wave propagation in a continuous medium are investigated: the change in the direction of the electromagnetic wave propagation in a continuous medium; the rotation of the polarization plane of electromagnetic field wave in a continuous medium; the excitation of longitudinal components of the electromagnetic wave in a continuous medium and the change in the electromagnetic wave intensity related to this phenomenon. The energy balance equation for the electromagnetic field in a continuum with a stationary distribution of dislocation is found and it is shown that an electromagnetic wave excites exciton modes localized at dislocations in the solid.     

无人机智能电磁攻防技术

无人机在枯燥任务领域、恶劣环境任务领域和危险任务领域发挥巨大作用,由于其具有低成本、零伤亡、低费效比等特性,在现代战争中屡立战功。未来战争是智能化、信息化战争,人工智能在给无人机带来巨大变革的同时,系统运行的可靠性、安全性也越来越依赖于复杂电磁环境下信息的稳定传输与掌控。无人机在恶劣电磁环境下的生存能力、适应能力,乃至电磁制衡能力一定程度上引领信息化装备电磁攻防的发展趋势。综述无人机的电磁环境效应与电磁防护技术,阐述信息层面与能量层面的无人机电磁反制与电磁防护方法,以期从智能化角度实现无人机电磁攻防。     

车辆强电磁脉冲环境适应性研究

近年来,随着大量用频设备的广泛应用,使得空间电磁环境日益复杂。复杂多变的电磁环境不仅会影响车辆的运用效能,而且会威胁车辆的生存能力。电磁环境对车辆的影响不可低估,尤其是强电磁脉冲,其破坏能力远远超过一般的电子干扰,会引起车辆的电子、电气元件的失效或损伤,严重影响着车辆机动与安全性能的有效发挥。将以某车辆为对象,较为系统地介绍车辆可能遭遇的强电磁脉冲环境、强电磁脉冲防护思路、车辆电磁环境效应分析以及采取的具体防护加固措施,以期提升车辆强电磁环境适应能力。     

电磁耦合实验平台系统线缆束的电磁拓扑分析

复杂线缆束系统的电磁耦合分析,随着电磁环境的日趋复杂化,显得越来越困难。而高功率电磁辐射技术的发展,对具有复杂电缆束网络和电子设备的系统,带来了严重的电磁威胁。这从电磁攻击与电磁防护两方面,对复杂线缆束的电磁耦合分析,都提出了更加迫切的需求。由于复杂线缆束网络所涉及的几何空间的边界条件十分复杂,所以很难用时域有限差分(FDTD)或频域有限差分(FDFD)方法求解复杂线缆束网络系统的电磁耦合问题。我们在基于传输线理论,采用拓扑学中将空间按照拓扑结构进行分解的思想,建立了线缆束网络电磁耦合的拓扑模型,得出了计算复杂线缆束网络系统终端耦合电压与电流的计算方法,并给出了仿真计算实例用以验证电磁拓扑法处理线缆网络电磁耦合效应的有效性。     

等离子体中电磁波传输特性理论与实验研究

本文对35 GHz和96 GHz电磁波在等离子体中的传输特性进行了理论与实验研究, 得到了电磁波衰减随等离子体密度、碰撞频率和电磁波频率的变化规律. 等离子体密度增加一个数量级时, 电磁波衰减增加一个数量级; 随着等离子体碰撞频率的增加, 电磁波衰减先增加后减小; 随着电磁波频率的增加, 衰减下降. 以激波管为实验平台进行了电磁波在等离子体中传输特性的实验研究, 实验结果和理论结果吻合较好. 理论和实验结果均表明, 提高电磁波频率是解决黑障问题的有效途径.     

斜向通道雷电电磁场远场近似特性

为了使雷电电磁场的计算更加接近实际情况,并对远场区雷电电磁脉冲场进行模拟,利用偶极子理论对斜向放电通道雷电电磁场解析表达式进行了求解,用解析方法对地表雷电电磁场及其导数在远场区的一阶、二阶近似表达式进行了推导,得到了电磁场及其导数与通道底部电流及其导数的远场近似关系。采用脉冲函数表示通道基电流,对比了精确表达式与近似表达式计算的电磁场及其导数波形。结果表明在远场区,斜向通道雷电电磁场波形与其近似波形的偏差、电磁场导数波形与其近似导数波形之间的偏差均随着距离的增加而减小,且电磁场导数近似公式要比电磁场近似公式适用范围更加广泛。计算结果验证了解析推导近似的可行性。     

一种传播速度可以是任意值的特殊"电磁波"

通过对一个具体事例的求解--一种特殊静磁场的坐标变换,得出了一种特殊的"电磁波",它的传播速度可以是任意值.指出了这种特殊的"电磁波"与传统意义上的电磁波的本质区别,并对一般意义的电磁波与传统意义上的电磁波的概念进行了厘清.本文对于深刻理解和认识电磁场、电磁场的坐标变换和电磁波具有一定意义.     

外加电磁窗减缓再入飞行器的通信中断

为解决再入过程中的黑障问题,在前期磁窗天线增强等离子体透波特性研究基础上,开展了外加电磁窗影响研究,磁体为钕铁硼,外加电压为100 V。利用不同飞行高度下的流场数据,对不加电磁场、外加磁场和外加正交电场与磁场影响下的流场进行数值模拟,对比不同参数设置下天线窗口处的电子密度和电磁波衰减常数,分析了再入飞行器的飞行高度、天线窗位置、电磁波频率、电子密度和碰撞频率等参数对电磁窗天线性能的影响。从分析结果可以看出,外加正交电场与磁场对于减缓再入过程中黑障的效果优于仅外加磁场,通过合理选择电磁窗的工作状态和参数可以改变等离子体的分布特性和介电参数,能够有效地增强电磁波在等离子体鞘套中的传输,为解决和减缓通信中断问题提供了一种可能的途径。     

JEMS-FDTD软件在运输机电磁特性仿真中的应用

复杂电磁环境的研究包括多方面内容,其中飞行器的电磁环境效应研究受到了较多的关注。随着计算机技术的飞速发展,利用数值模拟技术获得飞行器电磁特性已经成为飞行器电磁环境效应研究的一个重要手段。我们将自主研发的大规模并行三维时域全波电磁模拟软件JEMS-FDTD应用于运输机整机电磁特性仿真,计算并分析了飞机的电磁耦合散射特性,获得了飞行器在电磁脉冲照射下的时域/频域、近场/远场等电磁信息。计算中为保证精度采用了非均匀以及高阶FDTD计算技术。     

无线电波发射设施周边环境电磁波检测技术

电磁波检测技术的应用,可以防止对人体的辐射。当今无线通讯技术迅猛发展,如何对变电所及输电线与移动电话基地台所产生的电磁场强度进行评估,便成为一个重要的工作。通过分析电磁波特征,提出了对这些电磁波辐射设施所产生的电磁场强度检测的方法。     

时域全波电磁计算程序JEMS-FDTD在复杂电磁环境研究中的应用

将自主研发的大规模并行三维全波电磁场时域求解程序JEMS-FDTD应用于复杂电磁环境问题,计算并分析了楼宇内电波传播特性和飞行器瞬态电磁特性。对楼宇内电波传播特性的计算获得了建筑物内任意位置的电磁场分布和电磁脉冲在建筑物内的时域传播过程,其结果可用于无线通信和电磁环境安全研究;对飞行器瞬态电磁特性的计算获得了飞行器舱内外瞬态电磁近场分布,其结果可用于飞行器强辐射场防护等研究。     

JEMS-FDTD软件在电磁脉冲区域传播数值模拟中的应用

电磁脉冲区域传播数值模拟是电磁环境效应分析的重要环节, 面临空间尺度巨大、多辐射源、复杂地貌等技术挑战。本文介绍了三维时域全波电磁模拟并行软件JEMS-FDTD的研制进展。在大规模并行计算FDTD方法的基础上结合自适应网格技术, 研制了一种适应于大区域电磁脉冲传播的高效时域全波计算方法。并基于该技术实现了千km2级城市电磁脉冲区域传播的数值模拟, 获取了全空间的时域电磁场信息, 验证了软件在电磁脉冲区域传播仿真应用中的可行性。     

电磁能量-动量转化和守恒定律四维形式的一种推导

定义了电磁场的四维动量流密度张量,并将电磁能量转化和守恒定律及动量转化和守恒定律写成了四维协变形式,给出了三维电磁能量密度、能流密度、动量密度和动量流密度关于两个惯性系之间的变换关系,还给出了四维动量流密度张量与四维电磁场张量之间的依赖关系。     

放电功率变化对电磁波在电感耦合闭式等离子体中的衰减特性

射频电感耦合等离子体(ICP)放电方式能够在较宽的压强范围内产生大面积、密度高的等离子体,在对电磁波衰减应用中具有较大优势。通过研究ICP等离子体与电磁波相互作用的过程,改进闭式等离子体模型,建立电磁波在非均匀等离子体中传播的分层计算模型,对实测诊断分布情形下等离子体与电磁波的相互作用进行研究,得到不同功率条件下电磁波衰减的变化情况;提出射频电感耦合闭式等离子体用于电磁波衰减的方法并实验验证,基于等离子体覆盖金属平板的测量模型,在实验室内搭建了以金属板为衬底的弓形微波反射测试系统,研究了闭式等离子体对4～8 GHz频段范围内微波反射的作用特性,以及不同射频功率对微波反射的影响规律,并将实验测量与计算结果进行对比分析。实验表明,通过功率调节,电感耦合闭式等离子体对5.92～6.8 GHz频带电磁波具有明显的衰减作用。     

Non-Minimal Electromagnetic Coupling for Spin-3/2 Fields

The problem of the electromagnetic coupling for spin-3/2 particles is discussed. Following supergravity and some previous researches in the field of classical supersymmetric particles, we found that the electromagnetic coupling must not obey a minimal coupling in the sense of coupling the electromagnetic potential, but some kind of an electromagnetic field strength.     

左手介质中电磁波的传播速度

在同向介质中,电磁波的群速度一般是能量传播的方向,并且电磁波的相速度和群速度在大部分情况下都满足瑞利关系.为了研究左手介质的电磁特性,本文从理论上导出了左手介质中电磁波的相速度、群速度及其关系,得出左手介质中电磁波的群速度为负,并介绍了左手介质的一些应用前景.     

Analysis of Electromagnetic Information Leakage Based on Cryptographic Integrated Circuits

Cryptographic algorithm is the most commonly used method of information security protection for many devices. The secret key of cryptographic algorithm is usually stored in these devices’ registers. In this paper, we propose an electromagnetic information leakage model to investigate the relationship between the electromagnetic leakage signal and the secret key. The registers are considered as electric dipole models to illustrate the source of the electromagnetic leakage. The equivalent circuit of the magnetic field probe is developed to bridge the output voltage and the electromagnetic leakage signal. Combining them, the electromagnetic information leakage model’s function relationship can be established. Besides, an electromagnetic leakage model based on multiple linear regression is proposed to recover the secret key and the model’s effectiveness is evaluated by guess entropy. Near field tests are conducted in an unshielded ordinary indoor environment to investigate the electromagnetic side-channel information leakage. The experiment result shows the correctness of the proposed electromagnetic leakage model and it can be used to recover the secret key of the cryptographic algorithm.