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。     

基于FDTD的环形孔缝电磁耦合规律研究

为提高电子设备及系统在复杂电磁环境下工作的稳定性,应用时域有限差分方法对不同脉宽电磁脉冲通过带有不同形状（方形环,圆环,矩形环）环形孔缝屏蔽腔体的耦合规律进行了分析.研究结果表明：电磁脉冲通过环形孔缝耦合现象明显,其通过圆环的耦合能量最小;对于矩形环,当入射波极化方向与环形孔缝的短边平行时,若矩形环孔缝纵横比越大,则耦合能量也越大,当极化方向与短边垂直时,则纵横比越大,耦合能量越小;入射电磁脉冲脉宽越短,电磁脉冲越容易耦合进入环形孔缝;腔体壁的反射及谐振会增强耦合效应.     

电磁脉冲对金属机箱的孔缝耦合特性研究

本文利用时域有限差分方法(FDTD)研究了电磁脉冲对带孔缝机箱的耦合特性.为减少存储空间而采用非均匀网格法,分别对腔体上开有不同形状(正方形,圆形,蜂窝形)和不同数目孔缝时的耦合效应进行分析,并进一步研究了电磁干扰信号与机箱内的PCB板电路作用而产生的感应电流的变化情况.     

基于XFDTD的箱变开孔金属外壳雷电电磁脉冲防护

为研究户外配电设备对雷电电磁脉冲(LEMP)的防护能力,利用基于时域有限差分法(XFDTD)的全波三维电磁场模拟仿真软件对近场LEMP与户外箱变金属开孔外壳的耦合情况进行仿真模拟,得到3种正面具有不同形状散热孔阵的箱变在距回击点30 m处,其内部距开孔位置5 cm,50 cm和100 cm处的耦合电场强度与电磁功率密度。研究表明,能量主要集中在低频段(2 MHz以下)的LEMP与正面有散热孔阵的变电站腔体发生耦合时,耦合进内部的电磁能量主要集中在开孔附近;对于相同排列方式的孔阵,腔内耦合电磁能量按照长方形、正方形和圆形顺序依次减小,具有圆形孔阵的变电站电磁屏蔽效能最佳;腔体内远离开孔处的电磁危害要小于开孔位置附近,耦合电磁能量可能会严重干扰变电站的正常工作,但不会损坏其内部电子元件。     

微波脉冲与带缝非金属腔耦合的数值模拟研究

应用时域有限差分法(FDTD)模拟计算了微波脉冲与带缝非金属腔体的线性耦合过程.在正弦波凋制的高斯脉冲源激励下,分析了耦合场在腔体内的分布情况,总结了相对介电常数、腔壁厚度、孔缝尺寸等因数对耦合特性影响的基本规律.结果表明:在入射电场方向腔体中心轴线上的耦合场基本保持不变,垂直于入射电场截面上耦合场关于截画中心点呈对称分布;耦合进腔体的能量随厚度的增加和介电常数的增大而减小,但介电常数的影响更加明显,且随孔缝面积的增大而增大,面积一定时,随纵横比的增大而增大;孔缝中心处的电场耦合系数峰值随介电常数的增大呈近似线性下降,而腔体中心处呈振荡减小,在相对介电常数为6左右电场时域峰值达到最大;腔体内耦合磁场的变化规律与电场的类似.     

电磁脉冲通过孔缝到系统内部的耦合约束

介绍了核电磁脉冲通过孔缝耦合到系统内部的最大能量计算方法，给出了倒指数型电磁脉冲最大耦合能量的解析表达式。该模型在定孔总截面正比于波频率4次方时，计算出通过孔耦合到腔体内部的最大能量，实现电磁耦合能量的计算。倒指数脉冲模型的理论计算结果，可以对电子设备电磁脉冲的保护具有重要意义。     

快上升前沿电磁脉冲的孔缝耦合效应数值研究

本文利用时域有限差分(FD—TD)法研究快上升前沿电磁脉冲(FREMP)目标腔体的孔缝耦合效应。并将计算结果与核电磁脉冲(NEMP)的耦合结果进行比对。研究表明：对于较小尺寸的目标腔体,在孔缝尺寸也较小的情况下,FREMP相对于NEMP更容易耦合进入目标腔体,且更容易引起孔腔谐振。     

屏蔽室接地位置不同对其屏蔽效能的影响研究

为分析屏蔽室不同接地位置对其屏蔽效能的影响,应用并行时域有限差分算法,对雷电电磁脉冲和高空核电磁脉冲与开孔屏蔽室的耦合问题进行了数值模拟。计算了屏蔽室在两种接地位置下(前点接地、后点接地)内部的耦合电场,并进行了局部实验验证。研究结果表明:接地点与屏蔽室开孔位置间的距离远,屏蔽效能高;距离近则屏蔽效能低。     

电磁脉冲窄缝耦合共振特性

利用有限积分法对电磁脉冲与带缝腔体孔缝耦合特性进行研究。选取窄缝为mm量级微小孔缝作为研究对象,借助耦合函数,分析了核电磁脉冲与单层腔体、嵌套腔体内、外窄缝平行分布与垂直分布2种情况下的耦合函数。结果表明：当入射波电场矢量方向与窄缝短边平行,即入射角θ=0°时,内、外窄缝平行分布耦合进入腔体的电磁能量在内窄缝处发生第2次场增强效应;而内、外窄缝采用垂直分布的相对位置,在内窄缝处的电场值仅为几伏每米,此分布能有效降低电磁脉冲对电子器件的干扰。     

电磁脉冲对目标腔体的孔缝耦合效应数值研究

利用时域有限差分（ＦＤ－ＴＤ）方法研究了超宽带电磁脉冲（ＵＷＢ）,快上升前沿电磁脉冲（ＦＲＥＭＰ）,核电磁脉冲（ＮＥＭＰ）对目标腔体的孔缝耦合效应。研究表明：对于较小尺寸的目标腔体,在孔缝尺寸也较小的情况下,ＦＲＥＭＰ和ＵＷＢ相对于ＮＥＭＰ更容易通过腔体上的孔缝耦合进入目标腔体,而且更容易引起孔腔共振。     

金属腔体孔阵电磁耦合的数值分析

本文针对正弦调制高斯脉冲激励下金属腔体的孔阵电磁耦合问题，使用Zeland公司的FIDELITY软件进行FDTD仿真，发现面积相同（即通风，散热量相等）时腔体电场耦合能力随着孔阵中孔的数目增多而下降，同时对不同形状孔阵及不同间距孔阵情况进行比较。     

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.     

机箱开孔位置对无线电辐射骚扰的影响

针对电脑机箱开孔产生的电磁辐射骚扰之一,建立了矩形机箱模式函数,并通过求解相应的TM场和TE场方程得到各种模式的电场分布。理论分析与实验及仿真结果表明,并行口和串行口开孔易导致电磁辐射骚扰,且在机箱yz面中心位置开孔引起的辐射骚扰最强,从而为辐射骚扰抑制提供理论依据。     

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     

Electric and Magnetic Coupling through Small Apertures in Shield Walls of Any Thickness

A method is presented for evaluating the coupling between two identical resonant cavities coupled by a small aperture in a plane common wall of arbitrary thickness. The coupling is related to the frequencies of the symmetric and asymmetric modes of oscillation of the coupled cavity structure, and a variational technique is used to determine those frequencies. The method is applied to circular and rectangular apertures, and it is shown that the coupling is separable into electric and magnetic terms. The results enable theoretical solutions to be obtained for the electric and magnetic polarizabilities of circular and rectangular apertures in walls of zero thickness, and equivalent polarizabilities to be obtained when the wall thickness is nonzero. Curves of numerical values are given for circular and rectangular apertures. With zero wall thickness, the results obtained are the same as those of Bethe for a circular aperture and give good agreement with Cohn's experimental results for rectangular apertures.     

Shielding effectiveness of a rectangular enclosure with arectangular aperture

An analysis is presented of the shielding effectiveness (SE) of a rectangular enclosure with an aperture in one face. The enclosure is treated as a length of rectangular waveguide and the aperture as a length of coplanar strip transmission line. Theoretical values of SE agree with measurements for a range of enclosures, apertures and frequencies. The variation of SE with position in the enclosure is also correctly predicted     

Coupled Field Inside Shielding Enclosure With an Aperture Due to Nearby Lightning

Due to a nearby lightning return stroke, the coupled electromagnetic (EM) fields inside a rectangular shielding enclosure, on the finitely conducting ground, with an aperture in one wall are calculated numerically by using the finite-difference time-domain (FDTD) method. First, the near fields generated by the return stroke are obtained in two-dimensional (2-D) cylindrical coordinates by the FDTD method. Then, the coupled fields inside a rectangular shielding enclosure are calculated in three-dimensional (3-D) rectangular coordinates through the total field-scattered field connecting boundary, with the sources obtained by coordinates transformations of the return stroke near fields