电大尺寸腔室漫射场电磁环境与电子系统的耦合规律研究

Within electrical large enclosures of large dimenssion chambers of weapon system, aircraft/spacecraft, trains or large fuel tanks, there are many threatens from outer RF radiation, especially high intensity radiated field (HIEF), and also from inner elctronic systems and portable electronic devices (PED). Because of multi-path reflections of elctromagnetic wave within enclosures, diffuse-field will be formed with random transporting direction and polarization, and so high intensity field will appear because of resonance. These high intensity field will strongly threaten the working quality of inner equipment, effectiveness of weapons, safety of air planes, spacecraft or trains, and even causes disasters. It has be shown that the coupling of diffuse field and elctronic system follows Chi square distributions and electromagnetic measurement follows the exponential format of possibility density distribution functions. By applying statistical theories of diffuse field and modeling and electromagnetic response experiments of typical network structural system , this project will focus on the research of coupling mechanism of diffuse field and equipment, dependences of diffuse field on boundary variation and loading effect.The project will try to formulate a systematic theory on the coupling process between diffuse field and electronic equipment and so provide theoretical guidelines for the safety design of weapon system, aircraft/spacecraft, trains, for the EMC design of equipment and its working quality. It also povides theories for developing electromagnetic protection techniques in future.

在大型装备和车辆的仪器舱/控制舱、飞机/航天器工作舱、油料箱等复杂电大尺寸腔室中，由于外部射频威胁、特别是高强度辐射场HIRF以及内部电子系统和个人电子设备（PED）的干扰，电磁场在腔室内多次反射，形成传播和极化方向随机的漫射场（diffuse-field）,由于谐振现象的强场耦合，严重威胁着灵敏仪器的工作稳定性、装备的战技性能、飞行器的飞行以及车辆安全，甚至造成灾难。漫射场与电子系统的耦合遵从卡方分布，电场测量具有指数形式的概率密度分布函数。本课题利用漫射场统计理论和计算方法、并结合传输线和电磁拓扑理论，通过理论建模、仿真计算和典型电路单元、网络电结构系统的电磁响应实验，研究漫射场与电子系统的相互作用机理、耦合规律和响应预测方法，分析边界条件及其时空变化、腔室装载等对场分布特征和电磁耦合的影响，为提高大型装备、武器系统、车辆或飞行器的安全与可靠性、仪器设备电磁兼容与安全设计提供理论依据。

在航空航天、兵器工业、通讯、交通等工程技术领域广泛存在一类电大尺寸屏蔽腔/室并由于电磁波的多次反射而形成漫射场环境，由于叠加和干涉效应，威胁着舱室内各类灵敏仪器的工作品质、易燃易爆器件或油料箱的安全。. 本项目取得的成果包括：（1）提出了一种多平面波叠加与蒙特卡洛法相结合的屏蔽腔室漫射场电磁环境等效模拟、数学建模和快速计算方法，得到了电磁场的分布特征以及装载物布局对场均匀性、品质因数、独立样本数的影响规律；（2）利用多列波叠加与正向/逆向傅里叶变换，建立了电大尺寸大型混响室条件下连续波激励和脉冲激励漫射场电磁环境与直导体、多导体、异形导体、非均匀传输线以及传输线网络相互作模型及超矩阵数学方程，计算得到了时频域响应耦合规律以及装载布局的影响规律；（3）提出了统计平均时间概念、构建了微扰相互作用试验系统、不同工作模式以及连续和脉冲两种时域波形条件下电磁环境效应试验方法和电子设备敏感度实验方法。. 通过项目研究，使我们对漫射场电磁环境的特点和场路耦合规律有了进一步认识和理解，并建立了漫射场电磁场以及电磁场环境效应的测量方法，为电子系统的电磁兼容性、电磁损伤机理及防护加固技术研究提供了有效技术支撑。