CN112198388A - 一种人工表面等离激元传输线抗干扰灵敏度的测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及基于新型人工电磁材料的微波技术领域，公开一种在电磁仿真软件CST微波工作室中针对人工表面等离激元传输线对空间电磁波抗干扰灵敏度的仿真测试方法。包括以下步骤：S1)建立待测人工表面等离激元传输线；S2)建立平面波干扰源；S3)建立传输线干扰模型，导入S1待测传输线和S2干扰源；S4)设置S3传输线输入端口与干扰源同时激励；S5)将S4与S1中传输线的传输系数作差。本发明利用待测传输线在有无干扰源时传输系数的线性关系，实现其抗干扰灵敏度的测试。利用场源导入功能，建立待测传输线全频段空间电磁波干扰模型，避免了过渡装置带来的影响及模型过大导致的算力问题，实现了直观、快速、精确地对空间电磁波抗干扰灵敏度仿真测试。

Description

一种人工表面等离激元传输线抗干扰灵敏度的测试方法
技术领域
本发明涉及新型人工电磁材料的电磁兼容性能研究领域，公开一种人工表面等离激元传输线在空间电磁波干扰下的仿真模型，得到人工表面等离激元传输线对空间电磁波抗干扰灵敏度。
背景技术
由于新型人工电磁材料概念的提出相对较晚，关于其电磁兼容性能的研究仍有待发展。人工表面等离激元作为一种新型人工电磁材料凭借一些独特的性能引起广泛关注，并衍生出多种不同的结构形式，如单导体、带地、交指型等。由于人工表面等离激元结构的特殊性，其激励装置一般是由传统的微波传输线通过与过渡装置相连组成的。关于人工表面等离激元传输线电磁兼容性能的研究目前仅限于传输线线间串扰的问题，对于人工表面等离激元传输线与空间电磁波间的耦合作用对传输信号的干扰缺少定量的、精确的研究。另外由于微波段的人工表面等离激元具有亚波长效应导致其结构尺寸较小，通常其仿真模型对网格剖分要求较高，因而对于计算机算力的要求较高。
发明内容
技术问题：本发明提出了一种人工表面等离激元传输线适用的抗空间电磁波干扰灵敏度的仿真测试方法，该方法在直观、准确、地实现抗干扰灵敏度测试的同时，还可以加速仿真过程，实现全频段覆盖。
技术方案：本发明所要解决的技术问题采用以下技术方案来实现：
本发明所的一种人工表面等离激元传输线对空间电磁波抗干扰灵敏度的仿真测试方法，通过外加空间电磁波干扰源，利用传输线在电磁波干扰输出信号幅度与无干扰源情况下输出信号幅度的线性叠加关系，得到待测传输线对空间电磁波的抗干扰灵敏度。
该测试方法具体包括以下步骤：
S1)建立待测人工表面等离激元传输线模型，其结构左右对称，包括同轴连接器、一段传统的传输线形式、过渡装置和人工表面等离激元传输段，得到未受干扰的传输线传输系数S210；
S2)建立空间电磁波干扰源模型，设置平面波场源，使用仿真软件CST微波工作室设置极化方式，并在场监视器中设置空间电磁波干扰源，得到空间电磁波干扰信号；
S3)建立传输线干扰模型，导入待测传输线模型并通过场源导入空间电磁波干扰源，调整干扰源与待测传输线的相对位置，使得干扰源位于传输线所在平面上方一定高度且其中心对准传输线的中心；
S4)在传输线干扰模型中设置传输线输入端口与干扰源同时进行激励，得到待测干扰的传输线传输系数S21i；
S5)干扰的传输线传输系数S21i与未受干扰的传输线传输系数S210的差值可作为待测人工表面等离激元传输线对空间电磁波抗干扰灵敏度值。
所述的仿真软件CST微波工作室是自带的平面波激励源产生所述的空间电磁波干扰源，而不依赖于额外的辐射天线性能，圆极化辐射方式实现简单，运行仿真模型所需计算机算力小。
所述的空间电磁波干扰源的极化方式设置为圆极化平面波。
所述空间电磁波干扰源位于传输线所在平面正上方，平面波入射方向垂直于待测传输线的传输方向。
所述的平面波场源设置其纵向长度小于待测传输线模型中人工表面等离激元传输段长度，并且干扰源中心与待测传输线的中心间距离不能过远以有效降低由待测传输线组成结构之一的过渡装置通过引入结构不连续性导致抗干扰灵敏度测试结果产生影响。
所述空间电磁波干扰源的频率范围设置覆盖待测传输线的通带范围，以实现全频段覆盖的电磁波干扰，得到广谱的抗干扰灵敏度结果。
用于表征人工表面等离激元传输线抗干扰灵敏度选取的是待测传输线在有/无空间电磁波干扰两种情况下的传输系数的线性值做差，可以精确、有效的表征待测传输线对空间电磁波的抗干扰灵敏度。
所述传统的传输线形式为共面波导、微带线。
所述空间电磁波干扰源利用仿真软件自带的平面波激励源作为场源导入传输线干扰模型实现，避免了复杂的圆极化辐射天线设计。
有益效果：本发明的有益效果是利用仿真软件自带的场源导入方法，其干扰范围可调，可以只针对待测传输线主体部分进行有效干扰，避免待测传输线过渡装置部分测试结果部分产生影响；其次无需进行额外的辐射天线设计，使得干扰源不受辐射天线的尺寸、带宽、效率等性能的制约，大大的减小了仿真模型的体积，从而提高了仿真速度，实现快速、宽带、准确的抗干扰灵敏度测试。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。
图1为本发明提出的人工表面等离激元传输线对空间电磁波抗干扰灵敏度仿真测试方法的流程图。
图2为本发明提出的在空间电磁波干扰下的单导体人工表面等离激元传输线仿真模型的正视图和侧视图。
具体实施方式
为了使本发明实现的技术手段、创作特征、达成目的与功效易于理解，下面对本发明结合实施例作进一步阐述。
如图1所示待测传输线对空间电磁波抗干扰灵敏度仿真测试图：
一种单导体人工表面等离激元传输线对空间电磁波抗干扰灵敏度的仿真测试方法，测试过程包括以下步骤：
S1)建立待测单导体人工表面等离激元传输线模型，其结构左右对称，包括同轴连接器1、共面波导(CPW)2、共面波导-表面等离激元过渡装置3和单导体人工表面等离激元传输段4，得到未受干扰的传输线传输系数S210；
S2)建立空间电磁波干扰源模型，使用软件自带的平面波激励源设置极化方式为圆极化，在场监视器中设置场源其纵向尺寸不大于传输线模型中单导体人工表面等离激元传输段的长度，其频率范围覆盖传输线的通带范围，得到空间电磁波干扰信号；
S3)建立传输线干扰模型，导入待测传输线模型并通过场源(field source)导入空间电磁波干扰源5，调整干扰源与待测传输线的相对位置如图2所示，使得干扰源位于传输线所在平面上方一定高度且其中心对准传输线的中心；
S4)在传输线干扰模型中设置激励方式为传输线输入端口与干扰源同时进行激励，得到待测传输线干扰传输系数S21i；
S5)干扰传输系数与未受干扰的传输系数其线性值的差值可作为待测单导体人工表面等离激元传输线对空间电磁波抗干扰的灵敏度值。
所述空间电磁波干扰源利用仿真软件自带的平面波激励源作为场源导入传输线干扰模型实现，其干扰范围可调，可以只针对待测传输线主体部分进行有效干扰，避免待测传输线过渡装置部分测试结果部分产生影响，同时避免了复杂的圆极化辐射天线设计，使得干扰源不受辐射天线的尺寸、带宽、效率等性能的制约，大大的减小了仿真模型的体积，从而提高了抗干扰灵敏度仿真测试速度、带宽和准确性。
以上说明描述了本发明的基本原理、主要特征、有益效果。本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是本发明的原理，本发明所提出的空间电磁波干扰灵敏度仿真测试方法亦适用于其他形式的人工表面等离激元传输线或传统的微带线对空间电磁波的抗干扰水平测量。
在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还可以有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书极其等效物界定。

Claims (9)

1.一种人工表面等离激元传输线对空间电磁波抗干扰灵敏度的仿真测试方法，其特征在于：通过外加空间电磁波干扰源，利用传输线在电磁波干扰输出信号幅度与无干扰源情况下输出信号幅度的线性叠加关系，得到待测传输线对空间电磁波的抗干扰灵敏度。
2.根据权利要求1所述的一种人工表面等离激元传输线对空间波电磁波抗干扰灵敏度的测试方法，其特征在于该测试方法具体包括以下步骤：
S1)建立待测人工表面等离激元传输线模型，其结构左右对称，包括同轴连接器、一段传统的传输线形式、过渡装置和人工表面等离激元传输段，得到未受干扰的传输线传输系数S210；
S2)建立空间电磁波干扰源模型，设置平面波场源，使用仿真软件CST微波工作室设置极化方式，并在场监视器中设置空间电磁波干扰源，得到空间电磁波干扰信号；
S3)建立传输线干扰模型，导入待测传输线模型并通过场源导入空间电磁波干扰源，调整干扰源与待测传输线的相对位置，使得干扰源位于传输线所在平面上方一定高度且其中心对准传输线的中心；
S4)在传输线干扰模型中设置传输线输入端口与干扰源同时进行激励，得到待测干扰的传输线传输系数S21i；
S5)干扰的传输线传输系数S21i与未受干扰的传输线传输系数S210的差值可作为待测人工表面等离激元传输线对空间电磁波抗干扰灵敏度值。
3.根据权利要求2所述的一种人工表面等离激元传输线对空间波电磁波抗干扰灵敏度的测试方法，其特征在于：所述的仿真软件CST微波工作室是自带的平面波激励源产生所述的空间电磁波干扰源，而不依赖于额外的辐射天线性能，圆极化辐射方式实现简单，运行仿真模型所需计算机算力小。
4.根据权利要求2所述的一种人工表面等离激元传输线对空间波电磁波抗干扰灵敏度的测试方法，其特征在于：所述的空间电磁波干扰源的极化方式设置为圆极化平面波。
5.根据权利要求2所述的一种人工表面等离激元传输线对空间波电磁波抗干扰灵敏度的测试方法，其特征在于：所述空间电磁波干扰源位于传输线所在平面正上方，平面波入射方向垂直于待测传输线的传输方向。
6.根据权利要求2所述的一种人工表面等离激元传输线对空间波电磁波抗干扰灵敏度的测试方法，其特征在于：所述的平面波场源设置其纵向长度小于待测传输线模型中人工表面等离激元传输段长度，并且干扰源中心与待测传输线的中心间距离不能过远以有效降低由待测传输线组成结构之一的过渡装置通过引入结构不连续性导致抗干扰灵敏度测试结果产生影响。
7.根据权利要求2所述的一种人工表面等离激元传输线对空间波电磁波抗干扰灵敏度的测试方法，其特征在于：所述空间电磁波干扰源的频率范围设置覆盖待测传输线的通带范围，以实现全频段覆盖的电磁波干扰，得到广谱的抗干扰灵敏度结果。
8.根据权利要求2所述的一种人工表面等离激元传输线对空间波电磁波抗干扰灵敏度的测试方法，其特征在于：用于表征人工表面等离激元传输线抗干扰灵敏度选取的是待测传输线在有/无空间电磁波干扰两种情况下的传输系数的线性值做差，可以精确、有效的表征待测传输线对空间电磁波的抗干扰灵敏度。
9.根据权利要求2所述的一种人工表面等离激元传输线对空间波电磁波抗干扰灵敏度的测试方法，其特征在于：所述传统的传输线形式为共面波导、微带线。
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