高功率电磁脉冲在岩土层孔中的衰减分析

Ｏ 引 言
随着微 电子技术 的发展 ， 电子设 备 已在各 种军 微 用设备 和系 统 中获 得广 泛 的应 用 。瞬 息万 变 的 信息 化战场时刻离 不开微 电子设 备 ， 而微 电子设 备对 电磁 脉冲又极为 敏感 。高 功率 电磁脉 冲对 信 息设 备 与 系
由于 内存 的限制无法 计算得 到场值 的点 ， 给出 了利 用 已有计算数据 拟合得 出经验公 式 的办法估 算其 场值 。 计算表 明 ， 公式可 用来预测 计算 域外 一定范 围 内 经验
的值可取为ａ＝ ＋ｏ ｊ ， ／ ０在此 ＝１ ， 参数根据 相邻 介质 而变化 。 文 中与 ＵＰ 本 ＭＬ相邻 的介 质 为空 气和岩土 ，， ￡取岩土和空气相对介电常数的平均值 ，
这样 的设 置 ＵＰ ＭＬ层有 较好 的 吸收效果 － 。 ８ Ｊ
２ 数 值 结 果 与分 析
冲宽度 ｒ ０ ｔ。电磁 波 垂直 于 孔 口径 面 （ ｚ ＝４ Ａ ） 沿 方
向） 入射 ， 电场 沿 Ｘ方 向极化 ， ＭＬ吸 收层 的厚 度 ＵＰ
虑 ：１分 析 电磁 脉 冲对 敏 感 设 备 的 各 种耦 合 通 道 ； （） （）电磁脉 冲能量 的反射 、 收 、 ２ 吸 隔离 和泄 放 ， 其衰 使 减到设 备能够 承受 的程 度 。 目前 ， 研究 电磁波在 坑道 理光 学法 （ｔ ａｖ ｈｓａＯｐｉ ， Ｉｒｔ＇Ｐ ｙｉｌ ｔｓ ｅ ｉ ｅ ｃ ｃ
的场值 。
１ 计算模型及方 法
本 文讨 论 电磁 波在 岩 土层 中 的孔 （ 例如通 气孔 ） 中传播 时 的衰 减情 况 。如 图 １所 示 ， 中 圆孔 中 间 图 为空 气 ， 四周 为岩 土层 。
统构成严重威胁， 高功率电磁脉冲电磁效应及工程防 护技术 的研究 具 有重 意 义… 电磁 脉 冲 防护 主 要考 １。
和孔缝 中传输和耦合特性的高频方法主要有源自文库： 迭代物 ） 几 何 绕 射 ＿， ２ Ｊ
理论 （ ｅｍｅ ｉｌ ｈｏｙｏ ｉｒ ｔｎ ［ Ｌ ， 于 Ｇ ｏ ｔｃ ｅｒ ｆ ｆａ ｉ ， Ｄ） Ｊ基 ｒａ Ｔ Ｄ ｆｃｏ ３ 射线 追 踪 原 理 的照 射 反 射 法 （ｈｏ ｎ－ｎ－ｏｎ ｎ－ Ｓｏｔｇａｄｂｕｄｇ ｉ ｒ ｓ Ｂ ） Ｊ 它们通常均基于射线追踪及边缘绕 ａ ， Ｒ ［ 等， ｙＳ
端以余弦函数趋于零 ， 中间的函数值为 １ 。
Ｕ ＭＬ Ｐ 是一种虚构 的单轴各 向异性损耗介质。 在 Ｕ ＭＬ介质中， Ｐ 参数最常选用的值为
ｅ＝０ ＝Ｌ１ ｌ ／ ａ ０］ ＿ ｄＪ Ｉ
… ＝ ０
０
。
（ ｃ １ ）
图 ３ 窗 函数
根据计算域 内与 Ｕ ＭＬ层相邻介质 的情况 ， Ｐ ｎ
计算 区域 的截 断边 界 上设 置 吸收 边界 条 件 。本 文 选
作者简 介 ： 申宁 （９ ９ 女 ， １７ 一） 陕西 榆林 人 ， 西安 邮电学 院电子工程学 院硕士 ， 教。 助
・
４ ・ ０
西
安
邮
电
学
院
学
报
２ １ 年 ５月 ００
用各向异性完全匹配层（ Ｐ ） Ｕ ＭＬ 吸收边界条件。
计算 模 型如 图 １ 示 ， 所 圆孔直径 ｄ ｍ， 深 Ｌ ：ｌ 孔 ＝１ ．ｍ。岩 土 介 质 的相 对 介 电系 数 、 对 磁 导 系 ５２ 相
数和 电导率分 别为 ｅ＝５ Ｐ ＝１和 ｄ ． １／ － 、－ ｒ ｒ ＝０ ０ｓｍ。 ＦＴ Ｄ Ｄ计算时空间离散尺度 ＝４ｍ， ｃ 时间离散尺度 Ａ ＝６６７ ０ １Ｓ ｔ ．６ ×１ － 。入射波采用平面高斯脉冲（ 脉
程序适应性强 ， 能够分析复杂 目标和复杂介质电磁传 播特性 ， 具有一次计算能得到宽频段信息的能力。本 文利用 Ｆ Ｔ Ｄ Ｄ方法计算岩土层孔中的电波传播问题 ，
收稿 日期 ：０ ９—０ —０ ２０ ７ ８
由于计算机容量的限制 ，Ｄ Ｄ计算只能在有限 ＦＴ 区域进行 。为 了模拟无 界空 间中 的电磁 问题 ， 必须 在
２１ ０ ０年 ５月 第１ ５卷 第 ３期
西 安 邮 电 学 院 学 报 Ｊ ＵＲ ＬＯ Ｏ ＮＡ ＦＸＩＡ ＵＮＩ Ｅ ＳＴＹＯ Ｏ Ｉ ＡＮ ’Ｎ Ｖ ＲＩ ＦＰ Ｓ￣ ＤＴ Ｌ Ｃ ＭＭＵＮＩ Ａ ＯＮＳ Ｅ ＥＯ Ｃ ＴＩ
Ｍａ ０ ０ ｙ２ １ Ｖｏ．５Ｎ ． １１ ｏ３
高 功 率 电磁 脉 冲在 岩 土 层 孑 中的 衰减 分 析 Ｌ
申 宁
（ 西安 邮电学院 电子 工程 学院， 陕西 西安 ７０ ２ ） １ １ １
摘要： 用Ｆ Ｔ 利 Ｄ Ｄ方法计 算 出了岩 土层 孔 中不 同深度 电场 的时域波 形， 并将 时域 结果 经傅 立叶 变换 得到 不 同深度 电场的频谱 。用数据拟合 法给 出 了特定频 率成分 电磁 波随孔深度衰减的经验公 式。计算 结果表 明， Ｆ ＴＤ计 算 在 Ｄ
域 外 一 定 范 围 内的 场 值 可 以 用 经 验 公 式 来 预 测 。 关键词 ： 电磁 脉 冲 ； 验 公 式 ； 减 经 衰
中图分 类号 ： Ｎ ｌ Ｔ ０１
文献标 识码 ： Ａ
文章编号 ：０ ７３ ６ （０ ０ ０ —０ ９０ １０ —２ ４２ １ ）３０ ３ —４
对 电磁脉 冲 的时域 和 频域 衰 减规 律进 行 了分析 。对
射原理 ， 对于 口径面比较大的孔 ， 要跟踪射线的数 需
目很大 ， 以准 确 描述 。低 频 数值 方 法 主要 有 ： 难 时域 有 限差 分法 （ｉｉ Ｄｉｅ ｎｅ ｉ Ｆｎｅ ｆｒ ｃ Ｔｍｅ ｔ ｆｅ ｎＦ Ｄ）５， ，ＵＩ 【ｌ
图 １ 计算模型
有 限元 法 （ ｉ ｔ Ｈ￣ ｅｔ ｔｏ ， Ｅ ） ， Ｆｎ ｅ ｎｎ ｈｄ Ｆ Ｍ Ｊ边界 元 法 ｉ Ｍｅ （ ｏｎ ￣ｙＨｅ ｎ ｔ ， Ｅ ） 。Ｆ Ｔ 方 法 Ｂ ｕ ｄ ｍｅｔＭｅ￣ｄ Ｂ Ｍ Ｌ 等 ｌ ７ ＤＤ