射频系统强电磁脉冲效应高效时域建模方法研究

In view of the effect on multi-scale radio frequency system under the strong electromagnetic pulse, we will carry out the time domain modeling research, which is based on the novel time domain hybrid method of coupling field, the transmission line and the circuit, and the experimental research. These researches are including: the analysis of electromagnetic pulse effect on the electrically large and multi-scaled objects based on the discontinuous Galerkin technology in the time domain volume-surface integral equations; the electro-thermal analysis of the physical model of semiconductor devices and circuits by use of the time domain discontinuous Galerkin hybrid method based on time domain spectral element and integral equations method ; the research of multi-physical fields and multi-scale modeling using the quantum correction model and the full quantum method for nanoscale semiconductor devices; and  the front and the back door coupling experiment of the radio frequency system under strong electromagnetic pulse. Eventually, we will establish efficient analysis platform upon strong electromagnetic pulse effect on multi-scale radio frequency system, to provide the theoretical support for the electromagnetism defend of the radio frequency system located in electromagnetic pulse environment.

针对强电磁脉冲对多尺度射频系统的影响，开展强电磁脉冲效应场-线-路耦合高效时域建模方法研究与实验研究，包括：提出基于时域不连续伽辽金体面积分方程方法实现对电大尺寸及多尺度的射频系统中电磁脉冲效应问题的分析；提出基于时域不连续伽辽金谱元法和积分方程方法的混合方法实现对物理模型的半导体器件及电路电磁场、热场一体化计算分析；采用量子修正与全量子方法开展纳米尺度半导体器件中的多物理场与多尺度建模计算研究；并开展强电磁脉冲对射频系统的前门和后门耦合实验验证；最终建立高效的强电磁脉冲对多尺度射频系统效应的时域分析平台，为强电磁脉冲环境下射频系统电磁防护提供支撑。

当前电磁环境日趋复杂，不仅包括雷电、静电放电等自然电磁辐射，又有强烈的人为干扰源，如大功率雷达、电子干扰设备、超宽带、强电磁辐射干扰机激发的强电磁辐射。各类自然和人为因素所产生的强电磁环境，必将严重地危及电子、信息化装备和人员安全。本项目针对强电磁脉冲对射频系统的影响，从器件级、组件级、系统级研究不同电磁辐射环境对射频系统的影响机理。提出了电大多尺度复杂射频系统电磁效应的高效时域分析方法，研究了强电磁脉冲对复杂射频系统的前后门耦合效应，解决了电大多尺度复杂射频系统中的电磁结构、传输线结构和敏感电路的场-线-路耦合分析时域建模方法计算效率低的难题，实现多尺度射频系统瞬态电磁特性的高效分析；提出了微米级至纳米级的强电磁脉冲半导体元器件多物理场建模方法，解决了纳米半导体及器件内部量子效应分析计算复杂度高的难题，实现系统内部器件及电路结构中电信号与温度的时空分布的快速获取；提出展基于物理模型的半导体器件及集成电路的电磁场、热场一体化建模方法，解决了基于物理模型的半导体器件及电路电磁场、热场耦合分析效率低的难题，认识并解决了射频系统内部电路及器件中电热相互耦合、相互影响的本质与内在规律，实现强电磁脉冲对典型器件作用物理过程与干扰损伤的机理高效准确分析。最终开展了试验验证研究，建立了具有自主知识产权的射频系统电磁辐射效应多物理场特性分析建模与系统仿真的软件模块，为强电磁脉冲环境下射频系统的电磁防护设计提供可靠的理论依据和分析手段。