平面波斜入射到有孔腔体的屏蔽效能分析

使用解析方法研究了缝隙偏离中心的有孔屏蔽腔屏蔽效能。将有孔腔体的屏蔽和传输特性用等效传输线的高次模进行分析,推导了平面波以任意角度和极化方向入射时,有孔腔体屏蔽效能的解析计算表达式。分析了入射角度、极化方向、孔缝尺寸、测试点位置、腔体壁损耗、工作频率等参量与腔体屏蔽效能的关系。经与腔体谐振频率比对,表明该解析方法得到的结果可信,而且解析公式计算速度快,利于参量分析,能为屏蔽腔体设计提供依据。     

基于BLT计算复杂腔体结构屏蔽效能的拓展方法

本文通过拓展BLT(Baum-Liu-Tesche)方法,计算了复杂结构腔体的屏蔽效能（Shielding Effectiveness,SE）. BLT方法最初被用于分析传输线模型,后被拓展到计算腔体屏蔽效能,然而其局限于计算矩形腔体和圆柱腔体的屏蔽效能,无法分析更加复杂的腔体结构.本文将BLT方法与数值方法相结合,同时利用机器学习的回归方法,将其拓展到复杂腔体结构的屏蔽效能计算中.本文首先计算了腔体二维截面的特征模;然后,基于电磁波传播规律建立了等效电路网络结构,结合BLT方法获得腔体屏蔽效能的频域响应分布;最后,利用机器学习方法训练支持向量回归模型（Support Vector Regression,SVR）,修正频域响应幅值,得到腔体目标的屏蔽效能.本文采用了3种不同结构的腔体对提出的方法进行了验证,频率范围为0.1～3 GHz.以商业软件仿真得到的结果为标准,本文提出的方法可以在85%的置信度条件下,实现均方根误差小于3,同时计算速度相比商业软件提升80倍以上.     

内置介质板开孔腔体电磁屏蔽效能拓扑模型

文中针对现有内置介质板腔体屏蔽效能拓扑模型中介质板等效导纳模型的局限性,考虑介质板高度、厚度与位置对介质板等效导纳模型的影响,建立内置介质板腔体屏蔽效能(BLT)方程拓扑模型。将传输线法、BLT方程拓扑模型与仿真结果进行对比,验证BLT方程拓扑模型的准确性和有效性。以300 mm×300 mm×120 mm开孔腔体为研究对象,分别探究其在3种不同谐振主模式下,介质板高度、厚度和位置对腔体屏蔽效能的影响。结果表明,改变介质板高度,腔体的谐振主模式不变,仅影响腔体屏蔽效能大小;腔体内部安装介质板可增强腔体屏蔽能力,但是介质板厚度过大,在一定范围内会削弱腔体屏蔽能力;距腔体孔阵0 mm～58 mm处安装介质板会削弱腔体屏蔽能力,距腔体孔阵100 mm～150 mm处安装介质板会增强腔体屏蔽能力。该结论可为机箱电磁屏蔽设计提供有效参考。     

快速预测干扰下斜开孔腔体屏蔽效能的模型

提出一种针对复杂干扰下斜开孔金属腔体屏蔽效能的计算模型。该模型可快速精准地计算出任意金属材料腔体,任意开孔位置,任意观测点位置,任意入射、极化平面波照射以及斜开孔阵腔体的屏蔽效能。首先依据磁流原理和镜像原理将斜开孔腔体等效为两个水平开孔腔体,然后基于Robinson的等效电路法分别求解各自的屏蔽效能,再利用公式换算求得斜开孔金属腔体的屏蔽效能。随后针对腔体会面临的不同干扰,给出不同情况下屏蔽效能的计算方法。考虑多种干扰叠加的复杂工况,将该模型利用Matlab 进行编程,并将计算结果同全波仿真软件CST中的时域传输线矩阵法和频域有限元法的仿真结果进行对比,验证了所提模型的可行性。该模型在保证计算精度的同时,在计算效率上表现出极大的优势。     

金属腔体屏蔽效能的预测

本文针对金属腔体屏效能预测的问题，使用Zeland公司的FIDELITY软件进行FDTD仿真。腔体内含一偶极子天线源，通过计算比较了源的位置不同时，不同频段范围内近场的屏蔽效能。     

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。     

复杂矩形腔屏蔽效能分析

提高武器系统和设备对电磁脉冲的防护能力意义重大,而屏蔽技术则是防护电磁干扰的主要手段。介绍了屏蔽原理,建立了双层和带有分仓的孔缝矩形屏蔽腔的物理模型,使用有限元软件仿真计算了其屏蔽效能和腔体的谐振频率。结果表明:与单层屏蔽腔相比,双层屏蔽腔有着更高的屏蔽效能;分仓可以提高其内部空间的屏蔽效能。这对屏蔽体的设计和提高设备对电磁脉冲的防护能力具有一定的理论价值和实际意义。     

计算含窗薄壁腔体屏蔽效能的时域有限差分法

文中给出了时域有限差分法处理腔体棱边处场量的差分格式的算法,并用于计算薄壁腔体的屏蔽效能。两个计算实例表明,其计算结果与等效传榆线法的计算结果和模型试验的测量结果相吻合,检验了文中算法的有效性。     

双层加载电路板屏蔽腔屏蔽效能研究

为了提高设备中电子元件抵御来自外界和内部其他元件的电磁干扰,根据传输线理论,将双层加载电路板屏蔽腔体模型转换为电路图,利用电路图推导出腔体中心屏蔽效能的等效公式。利用Matlab生成传输线法屏蔽效能曲线,并通过仿真软件CST建模仿真,仿真结果与Matlab输出曲线良好吻合,验证了公式的正确性。运用CST研究了一些因素如电路板大小、数量、放置方式以及距孔缝的距离对屏蔽效能的影响。为了更加贴合实际,采用加载集成运算放大电路的印制电路板来研究腔体屏蔽效能以及腔体对电路板功能的影响,最后提出了一些提高屏蔽效能的方法。     

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.     

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。     

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。     

Shielding effectiveness of metallic enclosures at oblique and arbitrary polarizations

Shielding effectiveness of metallic enclosures with apertures when illuminated by an oblique incidence arbitrary polarized plane wave has been studied by using an efficient hybrid modal/moment technique. Shielding effectiveness of rectangular enclosures with one, two, and four apertures at multiple points inside the enclosures for various frequencies has been calculated when the illuminating source flies by the front of the enclosure. The work shows that the shielding effectiveness is seriously affected by frequency, angle of incidence and polarization of the illuminating field; the number and orientation of apertures; and the location inside the cavity. It has been shown that the usual assumption about the normal incidence being the worst-case scenario for shielding effectiveness values may not be valid when there is more than one aperture in the cavity. The paper emphasizes the need for the statistical investigation of shielding effectiveness problem of metallic enclosures with apertures.     

EMI from cavity modes of shielding enclosures-FDTD modeling andmeasurements

Electromagnetic interference (EMI) from slots and apertures resulting from coupling of interior sources through enclosure cavity modes in a rectangular test enclosure is reported. EMI from a specially designed test enclosure with slots or apertures excited by interior sources was studied experimentally and with finite-difference time-domain (FDTD) modeling. The measurements and FDTD modeling agree well. The results indicate that radiation at cavity mode resonances through slots and apertures of nonresonant dimensions can be as significant as the radiation at aperture or slot resonances. The agreement between the FDTD modeling and measurements demonstrates the usefulness of FDTD for investigating aspects of shielding enclosure design such as coupling to slots and apertures and slot interactions     

Electromagnetic penetration into a rectangular cavity with multiplerectangular apertures in a conducting plane

Electromagnetic wave penetration into a rectangular cavity with multiple rectangular apertures is studied. The Fourier transform and the mode matching method are used to obtain simultaneous equations for the modal coefficients. The simultaneous equations are solved to represent the cavity field in series forms, which are suitable for numerical computations. Numerical computations are performed to investigate the field penetration into a cavity in terms of the shielding effectiveness for a various geometry     

A hybrid FD-MoM technique for predicting shielding effectiveness of metallic enclosures with apertures

In this paper, a hybrid technique combining the finite-difference (FD) method and the method of moments (MoM) in the frequency domain is proposed to predict the shielding effectiveness of rectangular conducting enclosures with apertures under external illumination. The interior and exterior regions of the enclosure are analyzed separately by employing the field equivalence principle. Internal electromagnetic fields are discretized using the (FD) method, while external fields are formulated by the MoM. Enforcement of continuity of the tangential magnetic field over the aperture surface gives the desired equation to solve for electromagnetic fields everywhere. Numerical results for the shielding effectiveness of a rectangular cavity with apertures calculated by the new hybrid technique are presented and validated by comparing with experimental data.     

关于双层带孔缝腔体的屏蔽效能研究

基于现代生活中抗电磁干扰的重要性,给出了完善的求解双层带孔缝矩形腔体在平面电磁波照射下的屏蔽效能的建模过程.在建模中考虑了电磁波的入射角和极化角,并把电磁波作用在腔体外层孔缝上所产生的散射电压作为辐射源.把孔缝建模成不对称的共面带状线,把矩形腔体建模为一端完全开放、另一端完全封闭的矩形波导,并应用传输线理论推导出腔体内任意点的屏蔽效能.相对于以往模型而言,在建模的完整性、计算速度,以及屏蔽效能的提高上均有所改善,为工程实践提供了很好的理论参考.     

双面含孔金属腔体屏蔽效能的快速计算

为研究双面含孔矩形金属腔体的屏蔽效能问题,运用矢量分解和等效传输线相结合的原理,给出了双面含单孔的矩形金属腔体内部中心点屏蔽效能计算方法,通过与电磁数值软件CST 的计算结果对比,验证了该计算方法的有效性,且耗时少、收敛快,运用该方法进一步研究了双面含孔阵矩形金属腔体屏蔽效能,得到了腔体内部多模谐振规律。在共振频率附近,腔体内中心点的耦合电场较强,当频率低于主频谐振时,屏蔽效能随着频率的降低而增大;在2GHz 频率范围内,腔体内部各个方向的屏蔽效能都存在多模谐振的现象,且谐振模式不相同;开有相同面积的孔阵屏蔽效能比单孔差,谐振模式变化不大。     

BiCG-FFT method for shielding effectiveness of PEC enclosures with many apertures

An extension of the biconjugate gradient fast Fourier transform (BiCG-FFT) method is proposed for the calculation of the shielding effectiveness of perfectly electric conducting (PEC) rectangular boxes with a large number of apertures. The unknowns remain confined on the surfaces. Considerable saving in memory and calculation time is obtained.