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。     

含长贯通导线腔体电磁耦合数值分析与实验研究

基于时域有限积分方法建立了含长贯通导线金属腔体电磁耦合数值模型,分析了平面波辐射下贯通导线长度、电场极化等参数对腔体屏蔽效能的影响;提出了基于吉赫横电磁波传输室搭建实验平台的新方法,对数值结果进行了验证;建立了耦合等效电路,并分析了耦合机理.研究表明:贯通导线对电磁波耦合作用显著,腔内屏蔽效能下降约30dB;贯通导线有频率选择特性,当其电长度ξ约为1/2的整数倍时谐振;外部导线长度对腔体谐振频率及屏蔽效能无影响;内部导线长度及腔体壁厚度主要影响腔体谐振频率;距贯通导线越远,屏蔽效能值越大;贯通导线方向上电场分量增大,屏蔽效能变差.     

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。     

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。     

贯通导线端接负载对腔体电磁耦合影响分析

为研究贯通导线端接负载对金属腔体电磁耦合的影响,基于时域有限积分方法建立了平面波辐射条件下含贯通导线金属腔体的耦合计算模型,通过腔内屏蔽效能变化研究了端接负载及连接方式等对腔内电磁耦合的影响,分析了耦合机理,提出了基于吉赫横电磁波传输室建立含贯通导线腔体电磁耦合实验的新方法,对计算结果进行了实验验证.研究表明:腔内贯通导线负载为纯电阻及容性阻抗时,负载接腔体或腔体接地能降低腔内的电磁耦合,且电阻值及电容值大小对腔内耦合有显著影响;电阻及加载电容后发现,负载开路且腔体不接地时,腔体的低频电磁耦合效果基本不变,负载短路且腔体接地时,负载变化对腔内高频耦合影响不大.负载连接腔体对腔内电磁耦合的谐振频率有一定影响.     

贯通导线端接负载对腔体电磁耦合影响分析

为研究贯通导线端接负载对金属腔体电磁耦合的影响, 基于时域有限积分方法建立了平面波辐射条件下含贯通导线金属腔体的耦合计算模型, 通过腔内屏蔽效能变化研究了端接负载及连接方式等对腔内电磁耦合的影响, 分析了耦合机理, 提出了基于吉赫横电磁波传输室建立含贯通导线腔体电磁耦合实验的新方法, 对计算结果进行了实验验证.研究表明:腔内贯通导线负载为纯电阻及容性阻抗时, 负载接腔体或腔体接地能降低腔内的电磁耦合, 且电阻值及电容值大小对腔内耦合有显著影响; 电阻及加载电容后发现,负载开路且腔体不接地时, 腔体的低频电磁耦合效果基本不变, 负载短路且腔体接地时, 负载变化对腔内高频耦合影响不大.负载连接腔体对腔内电磁耦合的谐振频率有一定影响.       

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。     

内置负载开缝腔体谐振效应抑制方法研究

开缝腔体谐振特性放大了进入腔内的耦合能量,对内部电子设备构成严重威胁。文中建立内含金属 隔板、吸波体等负载的圆柱腔体模型,提出了在隔板上涂覆吸波材料以抑制谐振的新方式,研究了吸波体电磁特性 对谐振的影响。结果表明:隔板越靠近腔体前壁放置、板间距越大,对内部场影响越小,谐振点出现位置越接近空腔 固有模式;谐振点处屏蔽效能(Shielding Efficiency, SE)的提升是隔板和吸波材料综合作用的结果,隔板可迫使谐振 点迁移,吸波材料能改善谐振特性,并且涂覆磁性吸波材料性能更优;在隔板双面涂敷吸波材料抑制高次谐振效果 更好;适当增加隔板上涂覆材料厚度或提高材料相对磁导率,都能实现和全腔内壁涂覆相同的谐振抑制效果,效费 比也更高;场强分布因传播模式不同而不同,强电场区应放置电性吸波体才有效。     

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.     

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.     

超辐射发光二极管光源组件内部电场耦合分析

针对超辐射发光二极管(Superluminescent Diode,SLD)光源输出光功率稳定性的需求,用有限元分析方法分析了SLD光源组件内部导体组的分布电容矩阵及电场耦合情况;通过电场耦合模型研究发现温控电路带来的干扰通过分布电容耦合到恒流回路中,影响输出光功率的稳定性;将制冷器接地可减小分布电容,改进恒温电路的驱动方式可减小交流分量的干扰,从而减小电场耦合对输出光功率的影响。     

基于箱体法材料电磁脉冲场屏蔽效能测试研究

为准确评价屏蔽材料在强电磁脉冲环境中的屏蔽效能,提出了一种基于屏蔽暗箱窗口法的材料电磁脉冲屏蔽效能时域测量方法。该方法将带有测试窗口的屏蔽箱体置于GTEM 室内,被测屏蔽材料安装在屏蔽箱的测试窗口上,利用置于腔体中心的单极子天线测量耦合进腔体的电磁脉冲电压波形,对测得的时域电压信号进行快速傅里叶变换( FFT) ,得到了被测材料频域屏蔽效能曲线。与频域测试结果进行了对比,结果基本一致。实验表明该测试系统可以有效减小局部增强效应对测量精度的影响,能够可靠评价强电磁脉冲作用下材料的屏蔽效能。     

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。     

导线贯通金属腔体端接负载电磁脉冲响应规律*

为分析金属导体贯通腔体时导体腔内端接负载电路的电磁脉冲耦合响应,基于时域有限积分方法的 电磁数值计算软件CST 建立了贯通导体端接负载电磁辐射响应耦合模型,研究了高斯脉冲作用条件下入射电场角 度、贯通孔径、外部导体长度、端接负载等对终端负载响应的作用规律,分析了耦合机理。基于GTEM 室搭建了实验 平台,在贯通导体两端开路条件下,通过测量腔体的屏蔽效能,与数值计算结果对比,两者吻合较好。结果表明:贯 通导体方向的电场分量大小对终端负载耦合电压影响显著;入射波长远大于贯通孔径时,贯通导体为主要耦合通 道;负载耦合响应与裸露导体长度、导体半径成正比;负载变化时,自身响应电压随阻值变化,而对另一端负载响应 电压影响不大,两端阻值变化导致负载响应电压波形的衰减振荡不同;容性或感性阻抗是影响响应电压及频率的关 键因素之一。     

小型化宽带磁场探头仿真与设计

提出了一种近场磁场探头,可用于集成电路电磁辐射发射测量,对电子设备中的辐射源定位。探头采用四层印刷电路板设计,介质材料采用高性能、低损耗的Rogers 4350B 材料,确保结构简单和小型化。多层板结构可以有效屏蔽外部空间中的电场耦合。通过使用过孔栅栏和同轴过孔结构实现良好的阻抗匹配,并且提高工作频率。同时,屏蔽过孔能够形成屏蔽腔,有效抑制谐振,提高电场抑制性能。采用HFSS 仿真软件得到磁场探头的性能参数,并进行实物加工。实验结果表明,探头工作频带可达到12 GHz,空间分辨率为2 mm,有良好的电场抑制度,仿真与实测结果吻合良好。