教学课程资源库 更多>>

关键词： 量子相干   相位   控制   缀饰态  

摘要： 本工作以前人有关电磁诱导透明的实验和理论研究为基础，分别建立闭合Λ-型三能级系统模型和外加微波驱动场的准Λ-型四能级系统模型。研究了外加电磁场的相位对原子系统中量子相干特性的控制。 首先建立闭合Λ-型三能原子系统密度矩阵方程，然后利用其稳态解研究了作用场相位对探测吸收谱的调制。结果表明，探测吸收谱随作用场相位呈现周期性变化规律，周期为2π。在相位为0到π范围内出现光放大现象。我们还讨论了EIT窗口出现的低频点、高频点和共振点的吸收特性及粒子数随相位的变化规律，发现吸收谱和粒子数分布均随相位呈周期变化，周期为2π，而且出现光放大的区域均为无粒子数反转。本文还进一步研究了微波驱动场的失谐量和拉比频率对量子相干的影响，最后利用缀饰态理论进行了合理的解释。 在外加双微波驱动场的准Λ-型四能级原子系统中，通过求解系统的密度矩阵方程得到探测场的吸收谱，分析了电磁诱导透明窗口的位置随微波驱动场相位的变化规律，并借助缀饰态理论给出了准确解释。结果表明，对于确定的作用场强度，调节微波驱动场的相位可实现电磁诱导透明的频率位置及间隔的准确控制。

关键词： 回击电流模型   分形闪道   雷电电磁场   地闪探测   Laplce小波  

摘要： 雷电灾害是自然界的重大危害之一。我国非常重视雷电防护，但是由于对雷电过程认识不足以及测量技术条件的限制，已有的雷电特征参数有限，现有的设计还不足以满足实际生产生活的需要。为了更深入的探索雷电现象、研究雷电特征，对雷电引起的灾害进行预防、实现雷电的预警和防护、加快雷电定位速度，需要建立更有效更符合雷电物理机制的模型，对雷电进行更准确有效的探测。基于此，本论文对雷电回击的电磁场建模和探测技术进行了深入的分析：首先对雷电流和雷电电磁场的建模技术进行了细致的研究，然后对于雷电地闪的探测设计了一套地闪探测系统，并通过测试证明了其合理性，最后提出了首次回击和继后回击的识别与分类的方法。本论文的主要研究内容和创新成果包括以下几个方面： 1.对雷电的物理发展过程和特点进行了详细的分析，从理论上分析了不同回击过程产生不同的雷电流和电磁辐射的原因。 2.对现有的雷电通道底部基电流模型进行了仿真，根据常见的几种模型具有不能直接设定峰值和峰值时间、可调参数较多、函数较复杂、部分函数模型不可积可微的缺点，提出了一种新的通道基电流分段函数模型。这种模型可以直接设定峰值，模型函数中不需要峰值修正系数，根据首次回击和继后回击波头时间的不同有针对性的仿真，函数中可调参数少，并且相互独立，在模拟上升沿和下降沿时可分别仿真其波形，改进了常用的基电流函数模型中修改一个参数会引起上升沿和下降沿波形同时变化的情况。然后根据近年国内外实测的自然雷电和人工引雷实验中获得的首次回击、继后回击和人工引雷雷电流的参数进行了仿真，结果证明该模型仿真的基电流波形各特征量与实测的雷电流相符，是一种理想的基电流仿真模型。结合回击电流工程模型可得到通道中各高度的雷电流模型，并通过仿真雷电辐射电磁场与实际测量电磁场比较，验证了该基电流模型的有效性，为后续的研究打下基础。 3.针对雷电回击过程中首次回击与继后回击发展过程的不同，提出了采用有限扩散凝聚分形模型模拟闪电通道计算回击电磁场的方法，改进了现有的雷电辐射电磁场仿真时采用直线闪道的简化计算方法。该分形闪道与实际回击闪道更相符，并通过盒维数法比较实际的雷电回击闪道与模拟分形闪道的分形维数，确定首次回击闪道和继后回击闪道分形参数的值。并根据偶极子理论计算了分形闪道在各不同距离的地面测量点的回击电磁场，得到的电磁场符合实测雷电电磁场的基本特征，验证了该分形模型的有效性，证明了由于闪道的弯曲和分支会增加雷电辐射电磁场中的高频分量，得到首次回击中分支闪道比继后回击的弯曲闪道对高频成分影响更大的结论。 4.设计实现了一套雷电地闪低频/甚低频电磁场探测系统，包括各组成部分的硬件和软件设计，并对设计的系统进行了工作测试，得到了较为理想的结果。有利于最终实现全能型雷电探测系统。 5.针对现有的雷电探测系统中不区分首次回击和继后回击的缺点，提出了利用Laplace小波分析的方法，通过分析首次回击和继后回击的电场和磁场波形，得到雷电产生的电场和磁场在时域和频域内特征指标，时域中精确的波达时间可以有利于提高定位系统中的定位精度，并通过计算频域中初始场峰的主频，得到首次回击主频高于继后回击，该方法为实现雷电探测系统中首次回击与继后回击的识别和分类提供了支撑，并分析了回击过程的功率谱，反映了雷电回击电磁场的能量在不同频率段的分布。还分析了预击穿和先导过程等闪电事件频率和功率谱。结论证明Laplace小波分析是一种分析雷电电磁场时域和频域特性的有效工具。

关键词： 电磁场数值方法   课程建设   实践   探索  

摘要： 《电磁场数值方法》是电磁场及相关本科专业学习中较难掌握的一门课程,如何在有限的时间内培养学生用算法解决问题的能力,并对学生将来的学习、研究和工作起到引导和奠基作用是本门课程的目的。文中从教材编写、课堂教学内容和方式,以及实验训练等方面对本课程的建设情况进行了介绍。经过5年的实践和不断改进,该课程取得了很好的教学效果,保证了教学质量。

关键词： 感应加热   电压型逆变器   有限差分模型   电磁场   温度场  

摘要： 感应加热是利用电磁感应的方法使被加热工件内部产生涡电流，依靠这些涡流的能量达到加热目的。随着感应加热理论和技术的不断发展，感应加热已经应用工业各个领域。然而基于试验的传统设计方法却耗时费力，并且成本高。因此，感应加热数值模拟计算具有重要意义。目前，很多研究人员开始对感应加热数值模拟方法进行研究，并已取得了一定的成果。本文根据PWM控制技术设计感应加热电源，采用温度和功率的闭环控制进行功率调节;并研究建立有限差分计算模型，实现对45#钢大型圆柱体工件的感应加热过程温度计算。全文内容分为4章： 第1章，简述了本文选题背景和意义。分析了国内外学者在感应加热电源部分和数值模拟方面所做的研究工作，最后给出了本文主要研究内容。 第2章，介绍了感应加热电源主电路结构。详细分析了逆变器的结构和工作状态，最终选择电压型逆变器进行电源部分主电路设计。叙述了感应加热电源功率调节的几种方法，采用PWM波控制方法进行电源控制系统设计。最后，分析了感应加热系统中的温度控制过程，采用数字PI控制算法实现了电源的输出功率与温度的闭环控制，并给出了闭环控制规则。 第3章，根据传热学的基本理论推导了感应加热数值模拟通用计算模型，并采用控制容积法和有限差分法建立了一维有限差分模型和二维有限差分模型。随后进行了感应加热相关理论分析和边界情况分析。最后，总结本文所研究的感应加热系统的所有有限差分模型。 第4章，搭建以45#钢为材料的大型圆柱体工件的感应加热实验系统。给出了感应加热有限差分模型计算的软件系统流程图。分析了感应加热过程中关键问题处理方法。给出了有限差分模型计算的在线和离线计算过程展示。最后对比实际测温分析了感应加热过程结束时各离散单元的温度分布情况。 最后，对全文进行总结，并对感应加热装置优化和数值模拟计算新方法进行展望。

关键词： 微波炉   HFSS   匹配   仿真   电场  

摘要： 微波炉阻抗匹配是否良好是决定微波炉品质优劣的重要因素之一，这需要知道腔体内电磁场的分布情况。如果匹配不当，微波炉可能会在轻负载测试的时候发生微波能量聚集某一点而打火、热变等质量问题，或者降低微波炉的输出功率和效率，严重降低了微波炉的品质。在厂家实际生产时，局部热变、打火等问题也比较常见，而匹配是否恰当，主要是由腔体结构和尺寸、波导尺寸和位置及耦合窗的结构等决定。所以分析波导和耦合窗、腔体的结构对阻抗匹配的影响，确定适合的尺寸，来改善微波炉匹配，减小发生质量问题的概率，减少不必要的人力、物力的浪费，提高研发、生产效率。通常实际情况中，研制设计微波炉是不断地“设计-试制-校正”，众所周知这种方法研发周期长并耗经费，所以很多微波炉企业、研究者都在寻找一种研发周期更短，经费更低的设计手段。 某款微波炉在质量测评时频繁出现打火、熔轴等问题，未能达到指标要求。解决这些问题，改善微波炉的匹配性能，需要一定、确切的数据依据和理论指导。微波炉腔体结构较复杂，只通过理论来分析电磁场分布是很困难的，几乎不可能得出一个精确的数值，需要借助于三维电磁场仿真软件来得出腔内电磁场分布及微波反射参数。本文中主要工作为： （1）采用Ansoft HFSS软件对该微波炉进行了空气和实体建模，仿真得到的玻璃盘电场、S11参数极坐标圆图曲线、电场能量集中的区域分别与实际玻璃盘温度分布、网络分析仪的S11参数曲线、打火或热变问题发生的位置一致，验证了建立微波炉模型和介质材料电特性参数设置的准确性。 （2）在保证微波炉模型准确性的基础上，分别对耦合窗，波导，腔体后板和顶板，玻璃盘，转环滚轮等几个因素进行仿真优化并结合实验测试分析其变化对微波炉匹配的影响规律，为了解决影响微波炉匹配的问题，利用仿真探索改善匹配的方法，从而提出最终优化方案。 （3）最后介绍了优化方案并将其应用到实际微波炉，进行能效测试和煮食测试等发现果然解决了微波炉的打火问题，并提高了输出功率和效率，煮食测试81.4分，达到指标要求。

关键词： H矩阵   退化核函数   迭代算法   预处理技术  

摘要： 为了快速分析高频或电大尺寸目标的散射辐射等问题，发展了大量的分析求解电磁场数值计算的高效算法。其中，快速多极子是关于矩量法的一种快速算法，其核心思想是退化逼近原积分核函数实现低阶计算复杂度和存储复杂度。除此之外，H矩阵给出了其它获得场源点分离退化核的技术，使远场矩阵块能用低秩近似，进而实现快速求解。由于求解过程的总计算量还与迭代次数相关，在采用H矩阵求解时，针对特定类型的积分方程，需要设法加快收敛，以提高计算效率。 本文采用H矩阵技术，将电场积分方程的核函数作退化逼近，实现了近似核函数的场源点分离，便于矩阵-向量积的快速计算，并用迭代法求解。首先用二叉树理论对长方体包围盒的目标模型进行层次型方式的重新编号，实现H矩阵的结构划分。其次，用Lagrange插值方法退化积分方程的核函数，进而对远场作用块进行低秩近似。最后，以共轭梯度算法和广义最小余量法为典型算法，并结合预处理技术，求解电场积分方程的电磁散射问题，其中预处理技术有对角预处理，块对角预处理以及嵌套迭代。数值算例验证H矩阵的正确性以及验证了单次迭代的计算和存储复杂度都是O N logN。结果表明，对所做例算的问题，共轭梯度算法和广义最小余量法结合(块)对角预处理和采用嵌套迭代预处理是较好的选择。

关键词： 电磁辐射   智能天线   场强强度   BP神经网络   SVM  

摘要： 随着移动通信的发展,人们现在越来越多的通过移动电话进行联系,为了保证通话的质量,各大运营商都大规模的建设了基站。人们在享受通信设备给生活带来方便的同时,也越来越多的关注移动通信基站对周围环境以及人类身体健康造成的影响,TD-SCDMA是目前3G移动通信的重要标准之一,而TD-SCDMA基站因馈线多、功放多、天线大等原因,其电磁辐射问题一直受到广泛的关注,国家环境保护部门颁布了一系列的评价措施来对其进行评价。电磁辐射研究的关键问题之一是如何准确有效的进行电磁信号强度的测量和预测。 本文首先介绍了电磁波的传播特性和基站电磁辐射的评价标准,通过分析TD-SCDMA基站的工作原理,了解到TD-SCDMA采用的是智能天线,因为智能天线采用的是波束赋形的工作原理,所以其电磁辐射方式与传统的基站的电磁辐射的方式不同；其次,研究了基站电磁辐射的测量方法,对郑州大学行政楼处的TD-SCDMA基站周围的电磁场强信号强度进行了测量。最后针对TD-SCDMA基站的辐射特性,将神经网络应用到电磁场强强度的预测模型中,因为神经网络不仅具有非常好的非线性逼近能力而且具有良好的容错能力。 提出了基于神经网络对电磁场强强度预测的模型,该模型有效克服了传统电磁场强强度预测模型不能适应不同小区环境下的复杂建筑模型以及其他不确定性因素对电磁场强强度影响。利用BP神经网络和SVM建立的模型对郑州大学行政楼处的TD-SCDMA基站周围的电磁场强信号强度进行了预测,并与传统的预测模型进行比较,结果表明,本文建立神经网络预测模型的预测误差较小,同时SVM的预测效果又比BP的预测效果好。

关键词： 工程电磁场   课堂教学   创新方式  

摘要： 多年来,工程电磁场教学主要以知识的传授为主,实验也主要是验证性的。随着时代的发展变化,这种教育方式越来越不适应社会的需要。以创新为核心的素质教育正逐步成为教育发展的主流。本文就建立工程电磁场课堂教学创新方式及实践进行了一些有意义的探索,这些探索对于提高课堂教学效果均发挥了重要的作用。

关键词： 自适应有限元   海洋CSEM   任意各向异性  

摘要： 海洋可控源电磁法(CSEM)是通过在海水表面或海底测量人工源发射经海底地层感应的电磁场分布规律，探测海底地质结构的一种地球物理勘探方法。随着海洋资源越来越受到重视，海洋地球物理勘探工作不断增多，海洋可控源电磁法逐步成为探测海洋油气资源和海底天然气水合物储层的一种非常有效的地球物理探测技术。 众所周知，地下介质的电导率(电阻率的倒数)常常表现为各向异性。实验室的观测和研究表明片麻岩和许多其它类型的岩石表现出明显的电导率各向异性。在断裂破碎带和裂隙发育带上，呈脉状或条带状分布的岩体常常呈现出强烈的宏观电导率各向异性。据估计，世界上大约30%的油气资源赋存于岩性裂隙地层和泥砂岩薄互层中，而这两种地层的宏观电阻率常常表现为各向异性。当岩性裂隙地层的裂隙部分被海水灌入后，就会在沿裂隙面方向相比于垂直裂隙面方向显示出更高的电导率。沿泥砂岩薄互层层理方向的电导率大于垂直层理方向的电导率[1]。 在解释海洋CSEM资料时，常常假定海底介质的电阻率是各向同性的，而海底岩性裂隙地层和海底层状沉积序列可能形成宏观电阻率各向异性。因此，在解释海洋电磁资料时，电导率各向异性的影响不应该被忽略,否则可能得到错误的海底地电模型。数值模拟是研究各向异性介质电磁场特征的有效手段和方法[2]。 本文基于自适应有限元方法,将电阻率倾斜各向异性(一种特殊类型的电阻率各向异性)海洋可控源电磁场数值模拟算法拓展到电阻率任意各向异性情形,研发了电阻率任意各向异性海洋CSEM数值模拟算法，并基于MATLAB的可视化编写了人机交互界面，便于实现不同模型、不同参数的数值模拟。与电阻率倾斜各向异性情形不同，电阻率任意各向异性的介质电磁场偏微分方程中含有平行走向方向分量的一阶偏导数项，这使得有限元线性方程组的系数矩阵为不对称阵。本文采用自适应有限元方法得到一系列的非结构化网格上的数值解，非结构化网格易于拟合海底地形起伏和含有倾斜层的复杂地电模型。 本文分别使用前人的二维电阻率倾斜各向异性海洋CSEM有限元程序和本文提出的电阻率任意各向异性有限元程序计算了一个倾斜各向异性二维模型的海洋CSEM响应,并比较了两种不同方法的解，两者吻合得很好。此外，我们模拟了不同各向异性参数情形海洋CSEM响应，数值结果表明各向异性走向角和倾角都对海洋可控源电磁响应有着明显的影响。

关键词： 电磁场理论   矢量网络分析仪   微波暗室   测量  

摘要： 本文从自由空间电磁场波动理论出发,采用当今先进的矢量网络分析仪对空间电场进行测量和分析。文章分为两个部分:第一部分,对自由空间中电磁场理论进行阐述并推导波动方程;第二部分,介绍矢量网络分析仪、对微波暗室中的电场进行测量,并将测量结果与理论值进行对比。