電磁脈沖與短波天線耦合特性的研究

謝斌

摘 要：近年來，隨著社會的不斷進步和發展，我國對電磁脈沖與短波天線耦合特性的研究進入了白熱化階段，且在整個研究的過程當中，研究人員還借助“電磁學矩量法”，對短波天線中存在著的一些問題進行了詳細的探究，并根據探究的結果，得出了許多具有較高可行性的解決辦法，以提高電磁脈沖與短波天線的耦合性。因此，該文將針對電磁脈沖與短波天線，對其的耦合特性進行深入的分析和探究。

關鍵詞：電磁脈沖 耦合特性 短波天線 電磁學

中圖分類號：TN820 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2015）03（a）-0023-01

1 簡析電磁脈沖與短波天線耦合性的重要性

目前，由于各種高科技設備以及技術的出現，我國短波天線的類型較以前相比，已經增多了無數倍。而設計人員在對短波天線進行設計的過程當中，也作出了“電磁干擾給短波天線的性能造成的影響”研究，他們普遍認為：能夠引發電磁波出現的因素，除了各種機械設備以及外界環境之外，還應當包括人類的活動，比如：高空核電磁脈沖，它就是一種人為形成的電磁干擾。雖然，這些由不同因素引發的電磁干擾，對短波天線的影響時間比較短，且這種干擾也是能夠進行逐漸恢復的。但是，倘若這種電磁干擾的程度比較強烈，那么其給短波天線造成的損害將是無法恢復的。這樣一來，不僅大大降低短波天線的運行效率，還會給使用商帶來較大的經濟損失。因此，為了能夠讓短波天線實現安全、可靠的運行過程，電磁脈沖與短波天線的耦合特性，就成為了當今社會中的研究熱點。

2 分析矩量法

當在借助矩量法對電磁問題進行分析與處理的時候，要依照研究對象子域的特點及其運行的要求，科學地對基函數進行選擇，以確保選用的基函數能夠在研究對象的各個子域中發揮出最大的作用，比如：在某一研究對象中，存在著三個子域，它們分別是：連接、導線以及導體域。其中，通過采用某種特定的方法（這里主要是指：“三角面元法”）對導體域進行分析之后，可確定其基函數為“RWG”；而導線域的基函數則為“三角屋頂”。其次，由于連接域可被再分，所以它們的基函數較為復雜，為：

上述方程式當中，an代表的是三角形內角的度數和，因實際計算的時候，只選取導體中部的位置，所以它的數值為2π；Akn代表的是三角形的總面積；r與r0則代表的是三角形的各個角和連接點之間的平面坐標。

3 探析HEMP

眾所周知，HEMP是一種具有較強電磁干擾特性的電磁波，它主要來自于核爆炸，且它一旦出現，就會給通信系統帶來巨大的影響，使整個系統無法實現正常的運轉。因此，針對這種電磁波，我國有關部門在二十一世紀初，就提出了“HEMP標準”，即：波形近似值的前沿在2～3ns的范圍之內，電磁場的最大值是50kV/m，脈沖峰的寬度在18～28ns的范圍之內，且該電磁波的數學方程式是：

其中，E0的值為50kV/m，β的值為6×108/s，脈沖的寬度暫定為23ns，波形上升階段的周期是2.5ns，電磁場的最大值時4×107/s。

另外，HEMP的物理密度公式為：

，該計算式中的E（w）指的是電磁波周期變化域中的傅里葉，而另一個字母則代表的是波阻抗，它的值為：377Ω。因此，依照脈沖強度計算式：

，

可計算出HEMP電磁波中大約有98%的能量，凝聚在≤100MHz的頻段中。

4 探析數值仿真

我們假定要在某個導體板內安裝長度為十米的短波天線，為了確保安裝流程的準確度，我們在進行安裝之前，先對系統的電流以及阻抗等參數進行分析，同時根據分析得出的最終結果，將其拿來與FEKO進行仿真比較。其中，FEKO的全名是“電磁仿真軟件”。

4.1 短波天線參數

分別讓短波天線在頻率為15、30以及45MHz的頻段中運行，當頻率發生改變的時候，短波天線產生的電流也會隨之發生相應的改變，且其變化的方式是：依照正弦函數的形式呈周期性改變的。另外，通過讓短波天線在≤60MHz的頻段中輸入相應阻抗值的方法，同時借助EFKO軟件的仿真對比特性，可以得出這樣一個結果：當短波天線處于60MHz以下的頻段中之時，其輸入的阻抗值變化情況，都與FEKO的仿真結果一致。

4.2 短波天線的響應研究

我們假設HEMP的入射角為45°，仰角也為45°，那么通過固定方程式計算出來的短波天線感應電流頻率波形圖如圖1，而在利用“傅里葉逆變”原理轉換而成的時域波形圖則為圖2。

從上文的陳述以及分析中，我們可以得知：能夠影響HEMP對通信系統響應時間的因素是入射波頻譜，所以HEMP會在通信系統的頻率≤100的頻段中產生較大的電磁干擾。此時，系統中的感應電流的最大值就會超過原來的預定最大值100A。而這樣的一個數據，對整個通信系統來說，其造成的破壞性是極其強大的。因此，設計人員在對通信系統進行設計的時候，還必須要充分考慮到HEMP對系統造成的電磁干擾，并針對這種電磁干擾，采取一系列有效的防護措施，對其進行預防以及控制，以將HEMP的電磁干擾降至最低。

5 結語

綜上所述，通信系統在我國各個行業當中，都有著較為廣泛的應用，比如：輪船制造行業、衛星勘測行業以及飛機科研行業等，且這些行業所處的電磁環境都非常的復雜，加上其對通信系統的要求比較高，往往在一個通信系統中，都要安裝無數個短波天線，這就使得整個通信系統必須要具備較高的電磁脈沖與短波天線耦合特性。唯有這樣，才能夠讓通信系統在實際運行的過程當中，不會遭受到電磁波對其造成的破壞性影響，進而直接提高了通信系統的運行效率。與此同時，也可以讓由此設計出來的通信系統，成為推動各個行業實現進一步發展的強大動力。

參考文獻

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