十大空空导弹(基于空空导弹的电磁兼容问题仿真研究)

随着电子技术的飞速发展，大量的电子电气设备被广泛应用于空空导弹系统的设计中，战场上的电磁环境变得越来越复杂、密集和多变。恶劣的电磁环境往往使电子或电气设备无法正常工作，导致导弹性能下降。因此，电磁兼容性是航空武器系统，尤其是空空导弹设计的重要技术指标之一。

对导弹系统电磁兼容预测与仿真是提高导弹系统电磁兼容性能的重要方法和手段。弹体对缝隙耦合分析和弹体电缆电磁耦合特性分析是导弹电磁兼容预测和设计中需要解决的两个主要问题，直接关系到导弹系统在强电磁环境下能否抗干扰和安全可靠工作。对对升级导弹的电磁兼容性设计和测试以及故障处理具有重要意义。本文模拟分析了对弹体隧道洞与内电缆之间的电磁耦合效应。

1 弹体孔径耦合分析

外部电磁能量在进入弹体的耦合效应分为两个阶段[1]，一个是通过孔径在进入弹体的电磁场耦合过程；二是弹体进入电磁能与内部电缆耦合产生感应电流和感应电压的过程

1.1孔-槽耦合的基本理论

电磁波进入导弹系统的内部通道分为“前门”耦合和“后门”耦合[2]。其中，“前门”耦合是指通过导弹系统接收通道的入射波耦合，主要包括导引头和全球定位系统天线。“后门”耦合是指入射波通过导弹壳体上的孔和电缆接头形成的耦合。对，导弹装备的“前门”耦合方式是有限的、可知的、可控的。“后门”耦合是未知的，因此很难预测和分析。电磁能量可以通过弹体，上的缝隙直接进入进入的弹体，缝隙与缝隙的耦合严重影响了弹体的屏蔽性能，降低了导弹内部设备的可靠性。为了表征孔径和腔之间的对电磁波的耦合特性，耦合系数被定义为：

[=20 gecei]

其中：[Ec]是进入腔中的电磁场强度；[Ei]是入射波的电场强度。

1.2 弹体孔缝耦合的数值模拟

时域有限差分法(FDTD)在计算腔-孔-槽耦合问题时具有独特的优势，其原理非常简单，即时域麦克斯韦方程组的两个旋度方程的偏导数方程直接用差商近似，然后在离散网络节点上转化为时域有限差分方程[3]。

为了建立差分方程，首先要对解空间进行离散化。解决方案空间通常由某个网格划分。Yee提出了差分网格元素，其特征在于在同一网格中，[E]和[H]的分量被放置在空间值点上，使得每个轴上的[E]场被[H]场分量包围，而每个[H]场被[E]场包围。这样，[E]和[H]构型满足麦克斯韦方程和电磁波空间传播规律的基本要求，从而直接反映电磁波的时域特性，直接给出电磁场问题的丰富时域信息。

示例分析：在金属圆柱体的侧面打开一个缝隙(模拟的)，如如图1所示，电磁波垂直于孔缝隙入射。在一定的间隙面积条件下，计算了三种空穴间隙的耦合系数，如如图2所示；改变入射波的偏振方向，得到不同偏振方向下耦合系数的变化曲线

在孔径参数不变的情况下，入射波的偏振方向发生变化。模拟表明，偏振方向垂直于弹体的入射波的耦合系数大于偏振方向平行于弹体的入射波的耦合系数

弹体电缆耦合特性分析

弹体，有各种电子设备和电气设备通过配电线路连接在一起，传播的信号强而弱，电压和电流高而低。同时，系统中的各种电缆不仅是高效的电磁波接收天线，也是高效的辐射天线，是电磁波耦合进入系统中的重要通道。为了准确模拟和计算弹体，电缆的耦合电压，首先要计算耦合到弹体，进入，的电场，根据弹体，的电场分布，可以计算出弹体，电缆与外部电磁场的耦合机理，这对对设备的电磁防护和电磁兼容分析具有重要意义

2.1 场线耦合特性分析

实例分析：在弹体，(包括单线和双绞线，)沿轴线分布一束电缆，在弹体境外施加200伏/米的电磁波，通过改变电缆束的长度和入射波的极化方向，通过仿真分析得到在线耦合电压与电缆长度和极化方向的关系。

2.1.1在线耦合电压与电缆长度的关系

图4示出了50厘米电缆束的耦合电压，图5示出了30厘米电缆束的耦合电压。V1是单线，和V2上的耦合电压，V3是双绞线上的耦合电压，通过仿真计算可以看出，长线上的耦合电压高于短线；单线的耦合电压也高于双绞线

2.1.2在线耦合电压与入射波极化的关系

图6和图7示出了单线和双绞线在不同极化方向上的耦合电压。通过仿真计算可以看出，当入射波的极化方向改变时，电缆上的感应电压也随之改变。可以看出，当极化方向垂直于弹体，时，弹体电缆上的感应电压高于极化方向平行于弹体时的感应电压

2.2电缆之间的串扰

电缆束中的线间串扰也是影响信号准确有效传输的主要因素之一。为了获得不同电缆的串扰特性，分别对双绞线和平行双线的串扰特性进行了仿真分析。

示例分析：当电缆长度为1 m，负载阻抗为r=100 和3 时，双绞线和平行双线的耦合系数如图8和图9所示。

从以上结果可以看出，电缆上的串扰随不同负载而变化。当频率较低时，双绞线和平行双线的干扰差别不大，当频率不高时，双绞线的抗干扰性能高于平行双线

3结论理论

本文对对和弹体的缝隙耦合、场线耦合和线间串扰等电磁兼容问题进行了仿真分析。发现孔径的长边尺寸与短边尺寸的比值越大，耦合系数越小。入射波的极化方向会影响对，耦合到弹体的电磁能量，当然也会影响对电缆上的耦合电压。长线上的耦合电压比短线高，频率低时，双绞线与平行双线之间的干扰差别不大，频率不高时，双绞线的抗干扰性能比平行双线高，因此，对对导弹电磁兼容性进行仿真分析和电磁兼容性设计具有重要意义