1、 毕业论文毕业论文(设计设计) 题题 目目 电磁脉冲衰减器的设计电磁脉冲衰减器的设计 学生姓名 学 号 院 系 专 业 指导教师 X年年 X月月 X日日 I 目 录 引言 1 1 衰减器简介 . 1 1.1 基本工作原理 . 1 1.2 衰减器的技术指标 . 2 1.3 衰减器的类型 . 2 1.3.1 光衰减器 . 2 1.3.2 吸收式衰减器 . 3 1.4 研究现状 . 3 1.5 电阻衰减器 . 4 2 有限元方法以及 HFSS 概述 5 2.1 有限元方法原理 . 5 2.2 分片插值与基函数的选取 6 2.3 Helmholtz 方程的有限元解 . 8 2.4 电磁场有限元计算软件
2、 HFSS 介绍 . 10 3 衰减器设计 12 3.1 结构形式 13 3.2 仿真模型建立 13 3.3 结构仿真 14 4 样机制作 19 4.1 电阻材料的选择 . 19 4.2 其他材料选择 20 4.3 具体样机结构 20 5 总结 . 22 参考文献 . 22 ABSTRACT 24 1 电磁脉冲衰减器的设计电磁脉冲衰减器的设计 摘要：摘要：电磁脉冲及其工程防护的理论和技术一直是当今世界各大国研究的热点之一。 在分析衰减器的性能影响因素的基 础上，采用高频电磁场计算软件HFSS进行建模分析和尺寸结构仿真优化，设计了用于电磁脉冲衰减的衰减器，制作衰减器 的样机，衰减率为33.3，试
3、验结果表明衰减器的性能符合使用要求，可以用于上升沿大于2.5ns电磁脉冲的衰减。 关键词关键词：电磁脉冲；衰减技术；衰减器；结构设计 引言 20 世纪 60 年代初，由于量子辐射物理、加速器技术、介质中放电现象的发展，研究高功率脉冲的性 质成了急待解决的问题。典型的高功率电磁脉冲包括：核爆炸电磁脉冲（NEMP）1，非核电磁脉冲武器 产生的脉冲，雷电电磁脉冲（LEMP），静电放电（ESD）脉冲以及大功率电子、电气开关的动作产生的 电磁脉冲等2。电磁脉冲（EMP）是一种瞬变电磁现象，从时域波形看，一般具有陡峭的前沿，宽度较窄； 从频域看，则覆盖了较宽的频带3。电磁脉冲能使晶体管、集成电路、电阻及电
4、容、滤波器和继电器等电 子元器件受到损坏；可以把电磁脉冲的能量传递给电子设备，引起电子设备的失效或损坏、电路开关跳闸 和触发器翻转；能使根据磁通工作的存贮器消磁或失真，破坏元器件或抹去存贮的信息。电磁脉冲还可以 使飞机和导弹等的金属外壳上产生很大的感生电流，并通过壳体上的缝隙或舱口耦合到壳内，使电子元器 件、线路和设备受到不同程度的干扰和破坏。所以研究电磁脉冲的衰减技术具有较高的理论意义和重要的 应用价值。 1 衰减器简介 1.1 基本工作原理 衰减器是一类用在传输系统中降低信号电平，而不使信号产生显著畸变的无源网络。它可以用于对信 号源去藕，目的是为了调节电路的传输电平，或用以缓冲阻抗变换的
5、影响，有时也为了改善阻抗匹配。现 在，衰减器已经极为广泛地应用于无线电测试仪器、仪表、传输线、标准衰减器及邮电、通讯、信号载波、 广播电视、计算机等系统之中4。 在指定的频率范围内，一种用以引入一预定衰减的电路，一般以所引入衰减的分贝数及其特性阻抗的 欧姆数来标明。在有线电视系统里广泛使用衰减器以便满足多端口对电平的要求，如放大器的输入端、输 出端电平的控制、分支衰减量的控制。衰减器有无源衰减器和有源衰减器两种，有源衰减器与其他热敏元 件相配合组成可变衰减器，装置在放大器内用于自动增益或斜率控制电路中；无源衰减器有固定衰减器和 可调衰减器，固定衰减器由电阻组成，不影响频率特性，常用 T 型或
6、型网络组成；可调衰减器由电位器 组成在调试中及电平调整中使用，要求衰减器的输入、输出阻抗应和接口端匹配。以有线电视为例，其系 统里都应为 75；而在电磁脉冲高压测量系统中，阻抗都为 50。衰减器的频率特性要满足系统的频率范 围要求，在频率范围内衰减器的衰减量应和频率无关，因此常采用电阻元件来组成5。频率范围不同，衰 减器的形式也不同。有用同轴线作衰减器；在波导系统中，常用吸收电场能量的膜片作衰减器；也有采用 固态二极管（如 PIN 二极管）在微波频段内制成波导或同轴线系统的可以电调谐的衰减器。 2 1.2 衰减器的技术指标 衰减量是指输入功率对输出功率的之比，表示为 dB6。衰减器的技术指标包括衰减器的工作频带、衰 减量、功率容量、回波损耗。 （1）工作频带 衰减器的工作频带是指在给定频率范围内使用衰减器，衰减器才能达到指标值。由于射频/微波结构 与频率有关，不同频段的元器件，结构不同，也不能通用。现代同轴结构的衰减器使用的工作频带相当宽， 设计或使用中要加以注意，采用固态二极管（如
