多层金属纤维混纺织物的电磁屏蔽效能

金属纤维混纺织物由于具有较好的电磁屏蔽性能得到了广泛应用,但其屏蔽效能受纺织工艺等诸多因素影响,难以建立精确的计算模型。在分析介质平板屏蔽体屏蔽效能的基础上提出等效算法,将金属纤维混纺织物等效为均匀介质平板,以计算多层织物材料的电磁屏蔽效能。通过测试单、双层金属纤维混纺织物的电磁屏蔽效能,验证了等效方法的正确性和可行性,可用于指导复合材料的设计。

编织增强型电磁防护材料的等效模型与屏蔽性能

为实现编织增强型电磁防护材料的屏蔽效能理论预测及其优化设计,构建了复合材料的等效模型,该模型将编织型复合材料剖分成多层单纱定向周期排列的各向异性介质的叠加,并基于有效介质理论给出了各层介质等效电磁参数的计算公式,仿真计算并验证了等效模型预测材料屏蔽效能的可行性。然后基于等效模型分析了编织增强型电磁防护材料屏蔽性能的影响因素。仿真计算结果表明:复合材料等效模型与仿真计算模型的屏蔽效能差别不超过3 d B,复合材料屏蔽效能随编织体单纱电导率增大而增大,且在电导率达到特定值时屏蔽效能变化不再明显;编织体网孔尺寸越小,材料屏蔽效能越大。所构建的编织增强型电磁防护材料等效模型及屏蔽性能分析能够用于指导高效屏蔽复合材料的优化设计,具有一定理论价值。

电磁屏蔽织物屏蔽效能理论计算的研究进展

依据电磁屏蔽基本理论,总结了无孔金属板、有孔金属板和金属丝网格屏蔽体的屏蔽效能理论计算方法及公式。针对不同的织物类型或理论计算模型和方法,从有孔金属板、金属丝网格、拓扑结构模型及其他数值计算方面,综述了近年来关于电磁屏蔽织物屏蔽效能理论计算的研究进展。分析了现有电磁屏蔽织物屏蔽效能定量研究中存在的问题,指出应进一步研究纱线电磁参数及织物结构与屏蔽效能的理论关系。此外,指出在考虑纱线电磁参数和结构参数的基础上,建立织物屏蔽效能的解析公式用于指导工程计算为后续的研究方向。

混合孔缝箱体屏蔽效能电磁拓扑分析方法

武器产生的电磁脉冲会通过＂前、后门＂耦合效应对箱体内部电子元器件及电路板造成毁伤,严重威胁到电气电子设备的安全运行。为此,必须对箱体电磁屏蔽效能（SE）进行分析研究。基于Robinson等效电路模型,提出了一种估算混合孔缝箱体屏蔽效能的电磁拓扑理论（EMT）方法。以孔缝散射参数为基础,建立了箱体外部场和内部场的BLT方程,解决了孔缝耦合问题;通过引入偏心系数对孔缝等效阻抗进行修正,实现了对偏心孔缝箱体的屏蔽效能分析;基于电磁波相干原理,将混合孔缝箱体的内部场分解成偏心单孔和偏心孔阵箱体内部场,从而实现了对混合孔缝箱体的屏蔽效能分析。基于CST仿真数据,在0～1.5 GHz频域内,对Robinson、Parisa Dehkhoda和EMT算法结果进行对比分析。仿真结果表明,EMT算法的最小误差均值为3.227 2 dB,最大误差均值为5.467 5dB,其计算精度较高。EMT算法的运行时间是CST仿真软件的1/23,比Robinson、Parisa Dehkhoda算法的运行时间长,但仍保持了较高的计算效率。该算法建立了箱体、孔逢参数与屏蔽系数间的直接映射关系,比CST仿真软件更适用于工程实践。

纤维复合材料电磁屏蔽效能分层多尺度计算

为建立复合材料宏细观尺度之间电磁响应的关联性,将分层多尺度计算方法应用于纤维复合材料电磁屏蔽效能计算。为准确描述复合材料宏细观之间的联系,以电磁屏蔽效能为衡量标准,确定了复合材料细观结构的代表性体积单元(RVE)。根据电磁场媒质本构方程计算了RVE的等效电磁参数。采用分层多尺度方法计算复合材料宏观构件的电磁屏蔽效能。结果表明工作频率越高则复合材料的RVE越小;所设计的纤维复合材料结构在工作频率2～18GHz范围内具有38dB以上的电磁屏蔽效能,且电磁屏蔽效能随工作频率增加而下降。研究方法适用于求解细观结构相分散均匀或分布有规律的任意形状复合材料宏观构件电磁屏蔽效能。

孔缝对电子设备机箱屏蔽效能影响的分析

电子设备机箱由于散热及外接其他设备等原因需要开有各种孔缝,从而导致其电磁屏蔽效能降低。采用时域有限差分(Finite Difference Time Domain,FDTD)算法仿真分析了不同开孔形状、开孔尺寸、开孔数量及开孔间距的孔缝对电子设备机箱屏蔽效能的影响,为电子设备机箱提高屏蔽效能工程设计提供依据,同时也为散热结构设计提供电磁兼容方面的参考。

基于GA-DE算法的开孔外壳屏蔽效能预测与优化

电子设备工作频率的提高,导致电磁辐射噪声日益严重,外壳屏蔽辐射噪声是最为有效的方法.然而,由于散热和接线,外壳会带有孔洞,极大地影响了其屏蔽效能.对开孔外壳建模,通过CST仿真得到外壳屏蔽效能的结果,根据仿真结果利用传输线等效电路模型及遗传-进化差分(genetic algorithm-differential evolution,GA-DE)算法进行参数提取,对比屏蔽效能仿真结果和算法结果,证明算法结果的准确性和可靠性,并探究了离开孔面的距离对屏蔽效能的影响,对实际屏蔽设计具有重要意义.

基于多层自适应交叉算法的内置介质板开孔外壳屏蔽效能预测

电子设备工作频率的提高,导致电磁辐射噪声日益严重,采用屏蔽外壳是最为有效的方法。然而,由于散热和接线,外壳会带有孔洞,极大地影响了其屏蔽效能,部分外壳内部介质板的存在也对屏蔽效能产生了一定的影响。文章对含介质板开孔外壳建模后,通过传输线方法(TLM)建立等效电路模型,然后利用多层自适应交叉算法(Multilayer Adaptive Crossover Algorithm,MLACA)得到等效电路参数,最后根据电压与电场关系计算得到外壳屏蔽效能。利用CST对相应外壳进行仿真分析后,对比屏蔽效能仿真结果和算法结果,证明了该方法结果的准确性和可靠性。通过等效电路模型进一步计算箱内中轴线上各点屏蔽效能,得出屏蔽效果最佳位置分布,最后通过暗室实验测量各点辐射强度来验证预测结果。

基于遗传算法的电动汽车无线充电桩信号控制器外壳的屏蔽效能预测方法研究

电力电子器件组成的信号控制电路是控制调节电动汽车无线充电桩的关键部分,为了能在复杂的电磁环境中正常工作以及保证相关操作人员的生命健康,它的电磁兼容设计必须符合电动汽车整车标准(GB/T 38775.4-2020)和电子设备电磁兼容标准(GB/T 38659.1-2020)。对此,基于电磁仿真软件CST建立充电桩信号控制电路的外壳模型得到外壳屏蔽效能的仿真结果,利用传输线理论建立外壳的屏蔽效能等效模型并将仿真结果通过遗传算法(GA)提取外壳等效模型的相关参数,根据算法提取的参数结合传输线等效模型在100MHz-1000MHz内预测外壳的屏蔽效能,并将该预测结果与仿真结果对比后验证该方法的有效性。之后根据算法提取的等效参数结合传输线等效模型对箱内中轴线上屏蔽效能分布进行计算预测,最后通过暗室实验验证了预测结果的正确性。

基于进化卷积神经网络算法的开孔外壳屏蔽效能预测

本文研究了基于进化卷积神经网络算法的开孔外壳屏蔽效能预测。电子设备工作频率逐渐提高,电磁辐射噪声日益严重,采用屏蔽外壳是有效抑制电磁干扰的常用方法。然而,由于散热和接线,外壳会带有孔洞,极大地影响了其屏蔽效能,部分外壳内部介质板的存在也对屏蔽效能产生了一定的影响。本文对含介质板开孔外壳建模后,通过传输线方法(TLM)建立等效电路模型,然后通过进化卷积神经网络算法(Evolutionary Convolutional Neural Network Algorithms,ECNN)得到验证参数,从而得到外壳屏蔽效能。利用CST对相应外壳进行仿真分析后,对比屏蔽效能仿真结果和算法结果,证明了该方法结果的准确性和可靠性。通过等效电路计算箱内各点屏蔽效能,最后通过电波暗室远场测量各点辐射强度来验证预测结果。

基于FEKO软件的鱼雷壳体屏蔽效能仿真

鱼雷产品暴露在舰船甲板上时,处于高强电磁辐射场中,为保证雷内火工品的安全性,防止其不被意外点火,雷壳的电磁屏蔽效能非常重要。文中采用FEKO软件内置的矩量法(MOM)建立鱼雷壳体模型,对鱼雷壳体的电磁屏蔽效能进行了数值仿真,分析了壳体屏蔽效能随频率和结构的变化趋势,得出在谐振频率点附近,屏蔽效能表现恶劣;随着缝隙数目的增加,屏蔽效能越差。文中所做研究工作为鱼雷产品壳体屏蔽效能的测试和改善提供理论依据。

基于各向异性织物的电磁屏蔽性能仿真计算

为实现电磁织物的屏蔽效能理论预测及优化设计,对电磁屏蔽织物构建了三维模型,用CST微波工作室模拟各向异性织物与电磁波相互作用的机理。计算了在1~18GHz波段内,电磁波入射角和方位角对屏蔽效能的影响。结果表明:x轴和y轴方向介电常数对织物屏蔽效能的影响较为显著,且在各向异性介电常数较小时,屏蔽效能随电磁波入射角的增加呈现先增大后减小;而当电磁波方位角发生变化时,不同电磁波入射角对其产生的屏蔽效能影响规律不同。本研究结果对各向异性织物具有较好的适用性,为开发高性能电磁屏蔽织物提供理论依据。

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。

基于FDTD/MTL混合算法求解飞行器线束电磁敏感度

结合GJB151A中的测试标准,求解平面波照射下飞行器线束电磁敏感度(electromagnetic susceptibility,EMS)问题。采用时域有限差分法(Finite-Difference Time-Domain,FDTD)求解空间电磁场在线束屏蔽层上产生的感应电流,并将其作为多导体传输线(multi-transmission line,MTL)方程中的激励源[6],计算线缆电磁脉冲响应。该算法可减少网格剖分数目,节省计算资源,适合电大尺寸目标中线束问题的求解。最后,利用该方法分析了飞行器屏蔽效能和电磁脉冲极化方式对线束EMS的影响,得到了电缆设备端感应电压的频率响应特性。计算结果验证了该方法的高效性和可行性。

基于MPGA的导弹电磁发射屏蔽研究

导弹电磁发射技术是一种新型的发射技术。发射过程中会产生强的电磁场环境,不仅严重干扰导弹内电子元器件的正常运作,还会破坏外部的电磁场环境,影响其他设备。因此,采取一定的屏蔽措施十分重要。文中将多种群遗传算法(MPGA)和多层材料屏蔽体设计结合起来进行仿真。结果发现较标准遗传算法,基于多种群遗传算法的屏蔽设计得到的屏蔽效能更高,优化结果更为稳定,将会更好地应用于导弹电磁发射过程。

壳体开孔位置方式对压电振动加速度计屏蔽效能的影响

由于压电振动加速度计壳体需要开孔穿过电源线和信号传输线等,当存在电磁脉冲干扰时,电磁脉冲会通过孔进入加速度计内部,导致加速度计失效。为此,应设计合理的开孔壳体使加速度计具有高抗电磁干扰性,使用CST软件利用有限积分(FIT)算法对具有不同位置和排列方式的孔的壳体进行屏蔽效能仿真。通过仿真分析,针对论文中仿真的圆柱形壳体,提出应将孔安置在壳体内壁上、下1/4处并采取开3个尽量小的孔呈三角形排列方式的方案。实现增强加速度计壳体抗电磁脉冲干扰能力的目标,大大减少电磁脉冲对压电振动加速度计的影响。

双层腔体屏蔽效能随孔缝位置与数量变化规律研究

孔缝位置及数量会影响电磁波衍射,进而对双层腔体屏蔽效能产生重要影响。以中心位置携带单孔缝的双层腔体为研究对象,基于Robinson等效电路法与电磁拓扑理论,推导得到计算平面波辐照下双层腔体屏蔽效能的Baum-Liu-Tesche(BLT)方程。通过将偏心系数Cm与Robinson孔阵阻抗引入BLT方程,使修正后的BLT方程能计算含有任意孔缝位置与数量的双层腔体屏蔽效能。结果表明,双层腔体屏蔽效能随着内外层孔缝重合面积的减小而升高;当面积一定时,屏蔽效能随孔缝数量的增多而提高,然而,孔缝长度与波长相等时,屏蔽效能降低至极小值。BLT方程计算结果与CST仿真结果基本一致,并且计算时间极大幅度降低,证明修正后的BLT方程具有可靠性与快速性,为计算双层腔体屏蔽效能提供了一种有效且快速的方法。

复杂系统的舱体屏蔽效能的评价方法

舱体屏蔽效能的试验评价是验证车载复杂系统抗电磁脉冲加固性能的重要环节。为了定量估计试验设计和结果评定所引入的不确定度,以高空电磁脉冲为背景,分别从频域/时域测试方法选择、测试频点设置、合格曲线设计和超差点的处理等几个要素,研究了舱体电磁脉冲屏蔽效能的验证评价方法。针对车载复杂系统典型舱体屏蔽效能较低的特点,针对不同屏蔽效能提出了一簇合格曲线,并基于二阶谐振系统模型,定量估计了频点设置准则、合格曲线、超差点处理准则所引入的不确定度,为舱体屏蔽效能的试验设计与数据分析提供了方法与支撑,同时定量分析也可作为不确定度估计的基础。

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。

GIS变电站机箱外壳屏蔽效能的预测研究

气体绝缘组合电器(gas insulated switchgear,GIS)变电站运行时会产生环流使电磁环境变得复杂,导致外壳产生感应电流,造成电能损耗,引起GIS绝缘损坏,产生重大隐患。在外部装机箱外壳可大大减少变电站复杂环境的影响。考虑设备散热和接线的问题,对机箱外壳开孔进行了研究。首先对敏感设备机箱进行建模,导入仿真软件中进行仿真,然后根据电磁场理论建立外壳的等效模型,利用通过多层自适应交叉近似算法提取外壳等效模型的相关参数,预测外壳的屏蔽效能,最后与仿真结果对比验证有效性。