有孔矩形腔的屏蔽效能及其对谐振抑制研究

介绍了用传输线解析计算法分析有孔矩形腔屏蔽效能的基本原理,对基本公式作进一步修正,使其能计算孔阵列情形,并对修正的传输线模型计算公式进行了扩展,使其能计算任意极化方向时的情况.通过在腔体内表面敷设经过优化计算的复合电介质涂层,实现了对特定谐振频率抑制.计算和仿真结果表明:当处于谐振频率时,屏蔽系数很低甚至为负;孔阵的屏蔽效能比相同面积的单孔的屏蔽效能好;屏蔽效能随极化角度增加而变化,当耦合电场极化方向平行孔缝的长边时,屏蔽效果最好;在腔体内表面上敷设对应腔体谐振频率的复合电介质涂层,实现了在相同的厚度条件下对腔体谐振频率最佳的抑制效果.根据计算结果提出了设计屏蔽腔的建议.     

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.     

装有PCB有孔矩形腔屏蔽效能的传输线法分析

为了提高对有孔屏蔽腔内电路的有效保护性能.介绍了用传输线法分析有孔矩形腔屏蔽效能的基本原理.将基本公式作进一步修正,使其能计算矩形腔内装有印刷电路板的情形.并对修正的传输线模型计算公式进行了扩展,使之能计算任意极化方向时的情况.计算结果表明:当频率低于主谐振频率时,测量点离孔缝越近,耦合进腔体的电磁能量越多;屏蔽效能随极化角度的递增而增加;低频段的屏蔽效能比高频段的要好;装有电路板腔体的屏蔽效能比空腔的要好,这在谐振区域内尤为突出;电路板尺寸越大屏蔽效能越好.根据计算结果,提出了设计屏蔽腔及其腔内电子设备的建议.     

有内置薄板腔体的HEMP屏蔽效能研究

在HEMP(高空核电磁脉冲)平面波照射下,依据传输线理论和波导理论,结合电路原理,分别建立了HEMP在金属腔内传播时的等效电路模型和信号流图,得到了腔体各部分的等效阻抗以及HEMP 在腔体内传播过程中的传输矩阵和散射矩阵。采用了传输线法(TLM)和广义Beam-Liu-Tesche(BLT)方程法两种快速算法计算有内置薄板的开孔矩形金属腔的屏蔽效能,与仿真计算进行了对比,验证了扩展算法的准确性,并分析了内置薄板的宽度和位置对腔体屏蔽效能的影响。结果表明:两种快速算法均能准确地计算腔体的屏蔽效能;内置薄板越宽,且越靠近中央位置,腔体的屏蔽效能越高,谐振频率越大。研究所得结论可以为电子设备的HEMP防护提供重要的理论依据。     

带孔缝矩形金属腔体屏蔽效能研究

针对带孔缝矩形金属腔体在电磁辐射下的屏蔽效能问题,利用基于时域有限积分法的电磁仿真软件CST,建立了平面波辐照条件下含孔缝金属腔体的耦合模型,重点研究了电场极化方向,腔体材料,矩形孔缝的长度、宽度和深度,孔缝填充介质介电常数及其厚度等参数对屏蔽效能的影响规律.研究结果表明:典型金属材料对屏蔽效能的影响差别不大,垂直于电场极化方向的孔缝边长更能影响腔体的屏蔽效能,孔缝尺寸会影响矩形金属腔体的谐振点,孔缝深度能够通过衰减入射波在一定程度上影响屏蔽效能,孔缝填充介质会降低屏蔽效能,介质厚度及其介电常数会影响屏蔽效能峰值点.研究结果对金属腔体的电磁兼容设计有一定的指导意义.     

有孔腔体屏蔽效应分析的混合模型

对于带矩形孔缝的矩形腔,利用传输线模型求得孔缝上的近似电场,并以此为等效磁流,利用腔体中的并矢格林函数,估算腔体中的耦合场强与屏蔽效应,并推广到孔缝偏离中心的情形。数值结果与其他方法以及实测值吻合的很好,验证了方法的有效性。分析了孔缝偏离中心、孔缝尺寸变化、平面波斜入射时的屏蔽效应,数值结果表明：孔缝偏离中心使腔体中心点屏蔽效应增大,腔体尺寸相同,孔缝越大屏蔽效应越小,孔缝长度增加会使谐振频率发生偏移和加宽;屏蔽效应随入射角或极化角的增大而增大。     

核电磁脉冲与开孔金属腔体耦合特性研究

利用基于时域有限差分法(FDTD)的电磁仿真软件XFDTD,研究了核电磁脉冲与开孔腔体的耦合规律。分析了不同极化方向的核电磁脉冲入射时,矩形孔洞长宽比对耦合特性的影响;讨论了核电磁脉冲照射下,腔体谐振和孔缝与腔体的耦合谐振现象;给出了腔体内部电场分布的截面图,讨论了核电磁脉冲入射时腔体内外电场的空间分布情况。研究结果表明:当核电磁脉冲的极化方向与开孔矩形短边平行时,耦合的电场强度比正方形开孔时的要大,且长宽比越大,耦合的电场强度越大;当核电磁脉冲的极化方向与开孔矩形长边平行时,耦合的电场强度比正方形开孔时的小,且长宽比越大,耦合的电场强度越小。极化方向与矩形开孔短边平行时,腔体内产生了腔体谐振和孔缝与腔体的耦合谐振,开孔尺寸的变化会引起谐振频率的偏移;极化方向平行于长边时无明显电磁谐振发生。核电磁脉冲对屏蔽体内的影响主要局限于开孔附近。     

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。     

基于HFSS的有孔屏蔽体的屏蔽效能分析

为了解腔体结构和孔缝对屏蔽效能的影响,寻找提高屏蔽效能的方法,在建立单层腔体的物理模型的基础上对单腔做了改进,建立孔阵和带有分仓的矩形腔体模型,使用有限元仿真软件HFSS对屏蔽效能进行仿真和分析。结果表明:分仓可以使腔体内仓的屏蔽效能提高,但对外仓的屏蔽效能影响不大,而且分仓会使主谐频率发生偏移;在保持孔缝面积不变的情况下,孔阵的屏蔽效能比单腔要好,而且缝隙长宽比越小,屏蔽效能越好。     

基于有限元法的孔缝结构矩形腔屏蔽效能数值仿真

微弱信号检测设备因其检测对象的幅值比较小且易受电磁噪声干扰,所以如何有效地抑制外部电磁干扰非常重要。以微弱信号检测电路的屏蔽腔体为研究对象,采用有限元法对具有孔缝结构的矩形腔体进行建模仿真,分析孔缝的尺寸、形状对屏蔽效能的影响。仿真结果表明：采用多排圆形小孔代替相同面积的矩形缝隙在0.1GHz~0.8GHz范围内屏蔽效能提高了20dB以上,在0.8GHz~1GHz范围内提高了35dB。同时得到屏蔽腔体的谐振频率以及腔体内部不同位置处的屏蔽效能。仿真结果有利于电路和器件的合理布局,进而提高微弱信号检测设备的抗电磁干扰能力。     

Field penetration in a rectangular box using numerical techniques: an effort to obtain statistical shielding effectiveness

This paper emphasizes the application of numerical methods to explore the ideas related to shielding effectiveness from a statistical view. An empty rectangular box is examined using a hybrid modal/moment method. The basic computational method is presented followed by the results for single- and multiple-observation points within the over-moded empty structure. The statistics of the field are obtained by using frequency stirring, borrowed from the ideas connected with reverberation chamber techniques, and extends the ideas of shielding effectiveness well into the multiple resonance regions. The study presented in this paper will address the average shielding effectiveness over a broad spatial sample within the enclosure as the frequency is varied.     

多面开孔腔体孔缝耦合效应研究

为研究任意入射角度平面波对多面开孔腔体的孔缝耦合效应,根据矢量分析和矩形波导内场强分布对等效传输线法进行了改进,计算了多面开孔腔体内任意位置的屏蔽效能。将改进等效传输线法计算结果与CST仿真结果、实验测量结果进行比较,验证了改进等效传输线法的正确性,相比数值计算方法,改进等效传输线法所需计算时间和内存更少。采用改进等效传输线法对相同体积不同尺寸的多面开孔腔体的屏蔽效能进行了研究,结果表明:在相同体积下,腔体为正方体时的屏蔽效能和其他尺寸腔体的屏蔽效能基本一致,但是正方形的屏蔽效能极小值点大大减少,从而减少了电子设备受电磁干扰的几率。     

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。     

开缝矩形腔屏蔽特性的研究

该文计算了在矩形腔上开有单缝时,缝长变化对所激励的屏蔽腔中最低模式的幅度和频率特性的影响。同时,采用时域-频域联合分析的方法,对屏蔽腔内观察点时域波形进行了分析,得到了不同频率分量在时域上的变化特性,以及缝长变化对它们的影响。     

The Use of Flat Waveguide in the Millimeter Range

The use of flat waveguide in the millimeter range has the advantage of increased power handling ability and lower attenuation as compared to the ordinary single mode guide. These advantages are gained at the expense of possible multi-mode propagation. Various flat guide components are described which are designed to operate over a 4:1 frequency band with minimum higher mode excitation. In addition, the measurement of the equivalent coupling parameters of waveguide discontinuities when two modes are propagating, is discussed. These measurements are facilitated through the use of a novel standing wave indicator which allows the standing wave of each mode to be measured separately. The experimental values of the coupling parameters are in good agreement with those predicted by theory.     

Electronic mode stirring for reverberation chambers

A modal analysis and a uniform-field approximation are presented for the fields in an idealized two-dimensional, rectangular cavity excited by an electric line source. The model is used to evaluate the effectiveness of frequency stirring, an alternative to mechanical stirring in reverberation chamber immunity measurements. Numerical results indicate that good field uniformity (standard deviation less than 1 dB) can be obtained with a bandwidth of 10 MHz at a center frequency of 4 GHz. The bandwidth requirement is determined primarily by the number of modes excited, and higher frequencies can achieve the same field uniformity with a smaller bandwidth because of the higher mode density. Cavity excitation by two single-frequency sources is also analyzed