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。

贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响

为研究贯通导体及其负载电路对金属腔体内部电磁场的影响,建立了不同贯通导体端接负载模型,使用电磁仿真软件CST进行仿真,利用GTEM室、矢量网络分析仪、功率放大器、ETS电场探头组建实验测试系统,验证了仿真结果的正确性,揭示了贯通导体及其电路对金属腔体内部电磁场的影响规律。研究结果表明:腔体内部电磁场同时受到贯通导体与腔体谐振的影响,在谐振频点干扰场强取得极大值,屏蔽效能取得极小值甚至为负值。贯通导体端接负载不接地与贯通导体两端开路情形相似,贯通导体端接负载直接接地时内部场显著降低,谐振频点降低,贯通导体端接负载浮点接地时内部场变化规律低频时与开路模型相似,高频时与直接接地模型相似。贯通导体端接负载的电阻值、电容值也会影响腔体的内部场。

圆柱模型在金属腔体内的系统电磁脉冲响应

研究了X射线在金属腔体内激发的系统电磁脉冲响应,给出了其中的电磁场幅度、波形和分布曲线。计算结果表明:X射线透射入系统后,8 4J/cm2的注量在靠近试体表面和金属壳体表面附近被激励的电场高达106V/m量级,对部件形成相当的威胁,有必要对部件采取加固措施。

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。

ESD辐射场与带孔缝金属腔体耦合的数值研究

采用FDTD法研究了ESD电流注入细导线所产生的辐射场在其近场区域与带孔缝金属腔体的耦合问题 ,建立了耦合数值模型。计算分析表明 ,在金属腔体内的孔缝周围区域存在较强的耦合场 ,腔体内被激励起以TE10 1模、TE2 0 1模和TE112 模为主的谐振场 ;对面积相等的方孔、矩形孔和孔阵 ,通过长边与导线垂直的矩形孔和方孔的耦合场比较强 。

开孔金属腔体场强增强效应分析

为分析开孔金属腔体的场强增强效应,以正方形金属腔体为受试对象,基于数值计算软件CST建立开孔金属腔体场强增强效应计算模型,分析开孔形状、开孔尺寸、入射波极化方向等不同参数对孔缝中心及腔体中心场强增强效应的作用规律。提出使用GTEM小室进行开孔腔体电磁耦合测试新方法,搭建实验平台,验证数值计算结果的正确性,阐释场强增强效应耦合机理。结果表明:当面积相同时,和正方形、圆形孔缝相比,长方形孔缝的场强增强效应显著,长方形孔缝的长宽比越高,场强增强效应便越大;长方形孔缝的增强效应与垂直于孔缝长边的电场分量呈正比;腔体壁厚是影响场强增强效应的关键因素之一;在孔缝中心沿中轴线附近,时域场强峰值呈指数衰减;孔缝中心和腔体中心的场强增强效应耦合机理不相同。

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。

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。

导线贯通金属腔体电磁辐射耦合电流的计算方法

为研究电磁波辐射条件下电力系统中细贯通导线引入的电磁干扰问题,提出了一种利用等效电压元思想求解细导线耦合电流的新方法,推导出金属腔体加载贯通导线时线上电流分布的估算公式,分析了耦合电流分布规律.结果表明,贯通导线对入射电磁波具有频率选择特性,贯通导线的电长度为半波长整数倍时,贯通导线上电流谐振,谐振时线上耦合电流波峰数为n,而后采用信号发生器、电流探头等设备建立了含细贯通导线金属腔体电磁耦合实验平台,通过开展贯通导线连续波电磁辐射效应实验验证了该方法的有效性.

一种内置条状金属板的双层金属腔体屏蔽效能的理论模型

针对复杂屏蔽腔体往往是由多个空间构成的实际情况,本文构建了内置条状金属板的双层金属腔体物理解析模型,将外层腔体的近场电磁干扰等效为电偶极子,基于Bethe小孔耦合理论并利用推广的腔体格林函数推导了内腔体的电磁场分布的近似表达式.利用该解析模型计算分析了条状金属板的位置和方向对屏蔽效能的影响.通过计算结果与全波仿真软件CST仿真结果的对比,证实了本文所建理论模型的有效性,为复杂腔体屏蔽效能的快速计算提供了理论参考.

贯通导体耦合对金属腔体屏蔽效能的影响

为研究外部电磁能量通过贯通导体耦合对腔体内部屏蔽效能的影响,利用电磁仿真软件FEKO,从频域角度对腔体内部场进行了仿真研究,利用矢量网络分析仪、功率放大器、GTEM室和全向电场探头搭建实验系统进行了验证,并通过建立含贯通导体金属腔体电路模型进行了谐振频率定性分析。结果表明:仿真和实验的结果具有一致性;当加入贯通导体后,腔体的屏蔽效能减小,谐振频率降低。腔体屏蔽效能随着贯通导体数量的增多而减小,随着电场极化方向与贯通导体夹角增大而减小,在腔体谐振频率以下随着监测点到贯通导体位置增大3倍,屏蔽效能提高20 dB。屏蔽效能的谐振频点受贯通导体长度影响较大,随着贯通导体数量增多而减小,不随电场极化方向和监测点位置变化而改变。为了改善含贯通导体金属腔体的屏蔽效能,应注意引入贯通导体后产生的新谐振频点,以及在这些频点上的屏蔽效能极小值,敏感电路应远离贯通导体放置。

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。

矩形金属腔体场分布计算

本文采取并矢格林函数的方法来验证在混波室研究中仿真方法的准确性与可靠性,由照模型可以得出第一类电并矢格林函数符合课题所要求的条件,反映理想金属导体围成的矩形金属腔体内的电场分布情况。故采取这种并矢格林函数来分析相对简单的矩形波导内的并矢格林函数,然后再据此推导出矩形腔体内的并矢格林函数。本文将遵循这样一个思路来求解矩形腔体内的第一类电并矢格林函数从而得出金属腔体内的场分布情况。

金属腔体的小孔电磁耦合效应仿真分析

为了研究开不同形状孔的金属腔体的电磁耦合规律,利用电磁仿真软件FEKO建立了腔体模型和所需的电磁场环境。研究表明:腔体近源端附近电磁波分布呈现明显的反射;开正方孔腔体内电磁场强度剧变发生在频率为700 MHz时,电磁耦合的谐振频率为700 MHz,未发现开长方孔腔体的强电磁耦合现象;在波长与腔体尺寸可比拟时,电磁波在壳体远端有明显的绕射现象;腔体使电磁场的垂直远场分布发生畸变,主要取决于腔体的反射;腔体内的电磁场在z、y方向上相对于孔具有非对称性,腔体对外界电磁场的耦合具有明显的边缘效应。

带缝金属腔体内包含非线性组件的耦合效应分析

目的对带缝金属腔体内连接非线性组件的系统级耦合效应进行分析。方法在外界电磁激励源的作用下,采用全波混合算法解决腔体内部场强分布问题,并利用高阶FDTD方法求解线缆上的感应电压和电流,得到流入非线性组件的信号,然后建立非线性组件的频域黑箱模型,结合S-参数,得到非线性组件端口的功率响应,最后通过仿真实验验证方法的有效性。结果通过系统耦合效应分析建模,建立仿真模型,得到了非线性组件的响应曲线。结论该系统级的耦合效应分析方法可以分析得到非线性组件作为二端口或多端口时的输出功率响应,对系统级的耦合研究具有重要意义。

孔缝对金属腔体强电磁脉冲耦合特性影响研究

核电磁脉冲和高功率微波等强电磁脉冲易造成电子设备功能失效甚至损毁,在实际工程实施中用金属腔体对电子设备进行屏蔽是常用的强电磁脉冲抑制手段。基于电磁仿真计算,对含矩形孔缝金属腔体的强电磁脉冲耦合特性进行了系统研究,阐述了孔缝宽长比、腔体尺寸等因素对多种不同类型强电磁脉冲(核电磁脉冲、宽带高功率微波、窄带高功率微波)作用下腔体内耦合场的影响;并以此为基础,重点分析了强电磁脉冲与含孔缝金属腔体之间的作用机制。研究结果表明:不同类型强电磁脉冲耦合信号差异明显,金属腔体对强电磁脉冲的响应是腔体谐振模式、孔缝谐振频率与强电磁脉冲共同作用的结果;当腔体谐振模式、孔缝谐振频率在强电磁脉冲的带内时,腔体内部的耦合场会出现增强效应;特别地,腔体与孔缝间的相互作用还可造成腔体与缝隙的谐振频率发生偏移。因此,在为电子设备设计金属屏蔽外壳时,应基于不同强电磁脉冲的频带范围,对腔体与孔缝的尺寸进行综合设计,抑制腔体、孔缝谐振及谐振频率偏移,提升其强电磁脉冲防护性能。

带开孔金属腔体内部耦合场强分布的实验研究

对入射频率100～1 000 MHz内通过矩形开孔耦合入金属腔体内部的场强分布进行了实验研究,分析了矩形开孔尺寸与发生谐振现象时腔体内部场强分布间的关系,为从理论角度定量研究腔体内部耦合场强分布提供了实验依据,对电子设备金属腔体内的PCB板或敏感元器件的放置方式起到一定的指导作用.

开口金属腔体对强电磁脉冲的耦合效应

为了评价腔体开口因素对核电磁脉冲(High-amplitude Electro Magnetic Pulse,HEMP)和高功率微波(High Power Microwave,HPM)破坏效能的影响,采用CST电磁计算软件建立强电磁脉冲的孔缝耦合模型,研究孔缝的位置、大小以及长宽比对HEMP和HPM耦合效应的影响。结果表明,孔缝的位置、大小及长宽比对HEMP的耦合效应影响较大,合理控制孔缝的位置、大小以及长宽比能在一定程度上削弱HEMP的破坏效能。对于HPM,相同条件下其耦合效应要明显强于HEMP。在孔缝达到一定尺寸后,其大小和长宽比对HPM的耦合效应影响较小,仅孔缝位置会带来较大的影响。当开口平面与HPM入射方向平行时,耦合效应最弱,但此时耦合进入腔体内的能量还是很容易达到多种电子元器件的电磁损伤阈值级别。

金属腔体屏蔽效能的预测

本文针对金属腔体屏蔽效能预测问题,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。

金属腔体不同耦合途径对腔内电磁耦合的影响

为研究金属腔体不同耦合途径对腔内电磁耦合的影响,基于时域有限积分方法建立了电磁波辐射条件下金属腔体不同耦合途径计算模型,引入不同耦合途径对比系数评价指标,分析了孔缝、贯通导线两种耦合途径对腔内电磁耦合的影响,采用吉赫兹横电磁波(GTEM)室、矢量网络分析仪等搭建了一种新的耦合试验平台对计算结果进行验证。研究表明:该试验方法准确性好;腔内电磁耦合受孔缝、贯通导线共同作用,开孔腔体加载短贯通导线时腔内耦合主要受腔体谐振影响,加载长贯通导线腔内耦合还受到贯通导线自身谐振影响;频率在153 MHZ以下时贯通导线为主要耦合途径;高频时,若开孔尺寸远大于贯通孔尺寸,腔体谐振频率附近贯通导线为主要耦合,贯通导线自身谐振频率附近贯通导线也为主要耦合途径,其他频点处孔缝为主要耦合途径。