开缝腔体场强增强效应抑制方法研究

开缝屏蔽腔体不能完全阻断能量耦合,导致在腔内局部区域、特定频点附近形成场强增强效应,对敏感器件或线路构成威胁。以分析腔内场强增强效应及研究抑制方法为出发点,建立3 种开缝腔体数值模型,提出并验证腔体涂覆吸波材料、内置吸波柱、内置双层PCB 板等谐振抑制方法的有效性。结果表明:在3 种腔体模型内表面涂覆吸波材料均能有效抑制场强增强效应,并且涂覆磁损耗型吸波材料效果最好;随着涂覆厚度的增加,谐振抑制效果也增强;腔体中心放置吸波柱,应使用电损耗型吸波材料。腔体内置PCB 板既能实现对电子器件和线路的承载功能,还可整体大幅度提升腔体屏蔽效能,对谐振效应的抑制体现在迫使腔体主谐振点偏移,结合使用吸波材料,高阶第2 谐振点处谐振抑制效果也明显改善。     

不完全屏蔽腔体辐射耦合电场增强效应防护方法

针对武器装备机箱内部电磁辐射防护的技术需要,从不完全屏蔽腔体辐射耦合电场增强效应形成机理出发,对孔缝耦合及贯通导体耦合导致的屏蔽腔体内部局部电场增强效应防护方法进行了研究.仿真计算了屏蔽腔体内部加载吸波材料、腔体分区隔断以及贯通导体安装金属导管等防护方法对不完全屏蔽腔体电磁耦合的影响,研究结果表明:在屏蔽腔体内部加载吸波材料能够有效降低由于腔体谐振产生的电场增强效应,相同的吸波材料放置在强场位置防护效率会更高;采用分区隔断的屏蔽腔体能够提高腔体的谐振频率,大幅降低腔体内大部分位置的电磁耦合能力;贯通导体通过金属导管进入屏蔽腔体能够有效降低贯通导体的电磁耦合能力,削弱屏蔽腔体内部的电场增强效应,屏蔽腔体内部及外部的金属导管长度越长,其防护效果越明显.     

金属腔体多耦合通道电磁特性研究

实际金属腔体常开有多个通道,使得腔内电磁环境变得复杂。以分析腔体多通道耦合电磁特性为出发点,建立平面波入射下矩形、圆柱腔体实例模型,引入对比系数作为评价手段,侧重研究孔缝、贯穿线缆两种耦合通道对腔内电磁场的影响,寻求共性规律。结果表明:腔外线缆长度变化不影响谐振点出现位置,随长度增加腔体屏蔽效能(SE)下降;腔内线缆随长度增加,谐振频率降低,两腔体具有如上共性结论。基于给定的模型及参数设定,通过比较系数可判断矩形腔体450 MHz 之前线缆耦合为主;贯穿线较长时, 510 MHz 之前圆柱腔体线缆耦合为主;贯穿线较短时,两个局部频点之外的其它频段孔缝耦合为主;涂覆磁损耗型吸波材料提升腔体SE 效果最好,且SE越低,提升效果越明显。     

吸波材料抑制电子设备机箱谐振的数值研究

本文首先介绍了吸波材料的吸收机理.同时应用有限元方法对贴有吸波材料的腔体进行了分析,并针对辐射情况,仿真了腔体在贴装吸波材料以后中心点的屏效,从中可以看出吸波材料对腔体谐振具有较好的抑制效果.     

含短贯通导体金属腔体电磁耦合规律研究*

为研究平面波辐照下含短贯通导体金属腔体电磁耦合规律,利用电磁仿真软件CST 搭建仿真耦合模型,从频域角度进行了仿真研究,并利用矢量网络分析仪、功率放大器、GTEM 室和电场测试探头搭建实验系统进行了验证。通过仿真研究了贯通导体长度、贯通孔尺寸和腔体内屏蔽效能监测点位置等因素对屏蔽效能的影响。结果表明:仿真和实验的结果具有一致性;贯通导体腔体外长度越长,屏蔽效能越低,腔体内长度越长,腔体谐振频点越低;贯通孔尺寸越大,腔体屏蔽效能越低;监测点位置离贯通导体越近,屏蔽效能越低。同时研究了吸波材料和开口金属环对含短贯通导体金属腔体的防护效果。此研究具有实用意义,能够指导电子设备的设计和安装。     

含有介质板的有孔矩形腔体耦合特性分析

采用基于时域有限差分法(FDTD)的电磁仿真软件,对开孔腔体内存在介质基板的情况进行仿真。通过改变介质板与开孔的距离、数量和大小,得到不同情况下的时域与频域结果,并将其与腔体内无介质板的情况进行比较。结果表明:根据时域波形,介质板距离开孔越近,数量越多及尺寸越大,腔内的耦合场越小。当腔体内存在介质板时,会对耦合场的高频振荡有较为明显的抑制作用;与空腔时的频域曲线相比,当腔体内存在介质板时,会改变腔体的谐振点分布,同时会产生新的谐振点。腔体内的介质板能提高腔体的屏蔽效能,特别是对于谐振区域,介质板对场强值的抑制效果更为明显。     

影响低发射率涂层与超材料吸波体兼容的关键因素探究

为了实现8~14μm波段低反射率涂层与超材料吸波体的兼容隐身,探究了影响低发射率涂层与超材料兼容性能的关键因素。采用IR-2型发射率测试仪测定涂层在8~14μm波段的发射率,用弓形法测量了超材料涂覆涂层前后的反射损耗曲线,并采用矢量网络分析仪测试了涂层电磁参数。结果表明,涂覆低发射率涂层后,可将超材料吸波体的红外发射率降至0.126,但是其对超材料吸波体原有吸波特性影响较大,平均反射损耗以及吸收带宽都有所减小。在涂层4个电磁参数中,介电常数实部为影响低发射率涂层与超材料兼容的关键因素,低发射率涂层的介电常数实部较高,导致本征阻抗较小,与自由空间的阻抗不匹配,对雷达波的反射较多,涂覆后对超材料吸波体原有反射损耗特性影响大。     

天线频选罩的隐身特性研究

针对在军工装备上日益重要的雷达天线频率选择表面(frequency selective surface, FSS), 分析了FSS雷达散射截面积(radar cross-section, RCS)的特征, 以及和金属表面RCS的区别, 并澄清了产生这种差异的内部机理, 为改善FSS天线罩以及类似腔体的RCS提供了理论指导和解决问题的思路和方法.首先从理论上分析了覆盖频选表面的雷达腔RCS的产生机理, 然后用全波严格仿真算法计算了不同雷达腔RCS的数据, 并结合内部场图认证了前面的理论分析结论.理论和仿真分析表明, 频选带外的高反射特性并非像金属表面那样完全反射电磁信号, 必须考虑频选天线罩的透射和罩内的腔体效应导致的电磁波能量聚集和二次辐射, 这些因素对覆盖频选雷达腔体的RCS产生很大的影响.最后, 提出了一种利用吸波材料减少腔体谐振效应和能量汇聚从而改善频选罩RCS的方法, 取得了良好的效果, 在大部分频段, 该方法使RCS改善达10 dB以上.     

一种基于吸波材料的屏蔽领结天线的研究与应用

设计了一种基于吸波材料的屏蔽领结天线, 采用金属腔体提高天线的方向性, 并起到屏蔽作用.通过在腔体内部填充吸波材料, 来降低电磁波在金属腔内部的反射, 并改善天线的频率域特性和时间域信号的拖尾.通过有限元电磁仿真软件HFSS设计天线模型, 优化天线参数.实际天线的各项参数较加吸波材料和金属腔之前得到了有效改善:频率域上, 天线的中心频率有所降低, -10 dB以下带宽从原来的100 MHz提高至200 MHz; 时间域上, 脉冲信号的宽度降低, 信号拖尾得到了明显改善.实际探测证明, 在天线背部加填有吸波材料的金属屏蔽罩, 可以有效降低来自上方的干扰, 分离直达波和有用信号, 提高探测精度.     

电磁脉冲与开孔腔内PCB板级MSL间的耦合研究

因PCB上微带线(MSL)与外界电磁能量耦合而生成感应电流(Current),会对敏感器件造成耦合伤害。而目前对此研究的关注度不够,故以带拐角MSL的PCB板内置于开孔屏蔽腔为研究对象,以Current计算为主要切入点,进行多参数耦合特性计算。先建立相应数值模型并验证建模方法有效性后,外置平面波激励源,利用有限元法考察不同计算位置、有无屏蔽腔、MSL夹角大小及拐角补偿等参数变化对电流的影响。结果表明：直MSL上不同计算位置对Current影响不大,其数值都要比MSL弯折时要大,两者差值随频率增加而逐渐减小;谐振点处腔体抑制效果会被弱化甚至完全失效;MSL与电场E平行放置时,迹线需布成短线,MSL与电场E垂直放置时,迹线可布成长线;MSL宽度增加,电流数值会增加但趋势减缓。拐角补偿方法对提高信号完整性(SI)有效,但对降低电磁耦合作用有限。不会影响谐振点出现位置是上述多参数研究的共性结果。     

回旋速调管群聚腔研究

本文采用场匹配法对回旋速调管群聚腔进行了理论分析和数值模拟,讨论了两端开孔对腔谐振特性的影响及引入损耗介质层降低Q值方法,给出了一种工作频率为34GHz,工作模式为TE 01的回旋速调管低Q群聚腔的计算结果,结果表明,开孔大小明显影响腔内的谐振特性及驻波分布,损耗介质层的厚度增加将使群聚腔Q值迅速降低,选择适当的腔体结构,损耗介质及其厚度能有效地降低Q值,满足设计要求.     

镀镍中间相沥青基碳纤维的吸波性能

为了改善中间相沥青基碳纤维的磁性能和吸波性能,通过化学镀工艺在中间相沥青基碳纤维表面均匀包覆了金属镍,研究了镀镍中间相沥青基碳纤维的磁性能和微波吸收性能。以镀镍中间相沥青基碳纤维作为吸收剂,环氧树脂为基体制备了单层吸波涂层,涂层的厚度为1.02 mm时,吸波涂层在15.4~18 GHz反射率R小于-10 dB,最大吸收峰在18 GHz,反射率R为-20.74 dB。探讨了镀镍中间相沥青基碳纤维的吸收机理,在含镀镍中间相沥青基碳纤维的吸波涂层中,镀镍中间相沥青基碳纤维作为偶极子在电磁场的作用下,会产生耗散电流,在周围基体作用下,耗散电流被衰减,从而电磁波能量转换为其它形式的能量,主要为热能,这是镀镍中间相沥青基碳纤维偶极子吸波涂层的主要吸波机理。     

Effects of carrier cooling and carrier heating in saturationdynamics and pulse propagation through bulk semiconductor absorbers

Numerical modeling has shown that carrier cooling and carrier heating strongly influence saturation dynamics and pulse shaping in bulk semiconductor absorbers. With no electric field in the absorbing region, carrier cooling leads to strong additional fast saturation of absorption. The saturation causes a substantial decrease in the saturation energies for subpicosecond pulses in comparison with picosecond pulses. Comparison of bulk and quantum-well absorbers shows that fast saturation can be stronger in a bulk absorber, so bulk saturable absorbers may be interesting for usage in mode-locked solid-state lasers. Applying a nonzero electric field to a bulk absorber leads to strong carrier heating, which in turn suppresses absorption saturation. In this ease, transition to absorption saturation involves new mechanisms such as screening of the electric field by photogenerated carriers, as well as carrier cooling due to carrier-phonon interaction and by generated cold carriers. Carrier heating by the electric field causes the saturation energy of the absorber to increase with the applied electric field. The increased saturation energy allows one to shorten high-energy picosecond and subpicosecond pulses without increasing the length of the saturable absorber, which could be useful for the generation of high energy pulses with mode-locked and Q-switched semiconductor lasers     

Design of wave absorber for small conducting sphere

An electromagnetic wave absorber for a small sized conducting sphere is designed by applying the Newton-Raphson method to the eigenfunction series solution for a coated conducting sphere. The parameters for the perfect absorbing condition are the constitutive parameters and the thickness of coating for a given radius of conducting sphere. The wave absorber designed by this method exhibits a superior absorption performance to that designed using flat plate absorber theory     

基于磷化铟、砷化铟和锑化铟的光栅型超宽带远红外线吸收器

设计了一种由磷化铟（InP）、砷化铟（InAs）和锑化铟（InSb）3种半导体材料复合而成的槽深线性渐变的光栅型超宽带远红外线吸收器。其吸收机理是表面等离子共振效应和电介质腔共振效应。利用频域有限差分法（Finite-Difference Frequency-Domain,FDFD）计算的结果表明,凹槽个数的改变对吸收率的影响相对较大,而凹槽深度、凹槽宽度、涂层厚度和光栅周期的变化对吸收率的影响相对较小。在采用优化的结构参数条件下,以及入射角为0~80°和入射波长为28~75 m的范围内,此吸收器的平均吸收率可达到92%以上。本文所设计的吸收器有望在远红外探测等方面得到应用。     

平面扬声器激励矩形小室声场有限元数值分析

基于有限元方法,建立了平面扬声器与封闭矩形小室内空气的耦合模型,分别就小室内壁敷设吸声材料和平面扬声器安装位置对小室声场分布的影响进行了研究。结果表明：适当增加小室内壁的声吸收以增加筒正波的带宽,使声场中各点声压响应曲线更加平坦,但是当吸声系数超过某一值时,继续增大声吸收对小室声场的均匀性改善并不明显;与点声源安装在矩形的角点上可以得到较均匀和较强的声场不同,当选用平面扬声器做声源时,则扬声器应尽量安装在矩形的中心位置。本结论对平面扬声器激励下封闭声场的设计具有指导意义。