Reciprocity principle-based model for shielding effectiveness prediction of a rectangular cavity with a covered aperture

According to the reciprocity principle, we propose an efficient model to compute the shielding effectiveness of a rectangular cavity with apertures covered by conductive sheet against an external incident electromagnetic wave. This problem is converted into another problem of solving the electromagnetic field leakage from the cavity when the cavity is excited by an electric dipole placed within it. By the combination of the unperturbed cavity field and the transfer impedance of the sheet, the tangential electric field distribution on the outer surface of the sheet is obtained. Then, the field distribution is regarded as an equivalent surface magnetic current source responsible for the leakage field. The validation of this model is verified by a comparison with the circuital model and the full-wave simulations. This time-saving model can deal with arbitrary aperture shape, various wave propagation and polarization directions, and the near-field effect.

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。

小孔矩形腔体屏蔽特性的研究

本文提出了有孔腔体远、近场电磁屏蔽效能的计算方法，具体研究了矩形腔体的屏蔽特性，讨论了各类孔对屏蔽效能的影响程度。数值结果表明，理论计算与实验数据吻合较好。

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。

基于TLM的机箱孔缝电磁屏蔽效能数值分析

计算机因散热和装配需要,机箱上会存在大量孔缝结构。孔缝结构在不同辐射源作用下的电磁泄漏直接影响计算机的屏蔽效能。以计算机机箱为研究对象,采用传输线矩阵法(TLM)对机箱孔缝电磁屏蔽效能进行仿真研究。阐述了TLM原理,采用并联节点二维TLM单元和对称凝缩节点(SCN)的三维TLM单元算法进行孔缝建模仿真;并首次提出使用耦合微带线的辐射场作为辐射源,对机箱孔阵、接缝、风扇等结构进行了近场和远场电磁泄漏仿真分析;采用平面波辐射场进行远场电磁干扰的数值仿真。通过对比分析不同辐射源和不同结构的屏蔽效能,发现在两种不同辐射场下导致机箱电磁兼容故障的主要结构相同。通过对机箱结构改进措施的仿真设计,实现了屏蔽性能的改善。

估算双层屏蔽腔体窄缝耦合的混合方法

用混合方法计算双层屏蔽腔体窄缝耦合时,外腔体的窄缝耦合用传输线模型计算,内腔体的用磁偶极子模型计算。混合法可以求出双层屏蔽腔体内的场分布和屏蔽系数的分布规律,避免了传输线模型只能计算腔体中心线上的屏蔽系数而不能分析腔内横截面上耦合场分布规律的缺点。将得到的窄缝耦合的传输线模型和磁偶极子模型的计算结果与实测值和Micro-Stripes软件仿真值进行对比,验证了传输线和磁偶极子模型的有效性。混合方法给出了窄缝数量及腔体内不同观测点对屏蔽系数的影响,结果表明:双层屏蔽腔体的屏蔽效能明显优于单层屏蔽腔体;随着相同尺寸的窄缝数量的递增,腔体内的屏蔽系数递减;在与双层屏蔽腔体中心线垂直的横截面上,观测点屏蔽系数以中心线上点为中心,沿窄缝方向向两边递增,也就是离中心线越远,腔体内的耦合电场越弱,且混合法的速度明显快于软件计算速度,适合于高频范围的分析。

基于BLT方程的有孔箱体屏蔽效能分析

为了计算有孔金属屏蔽箱体的屏蔽效能,根据Robinson算法和电磁拓扑理论,提出了一种基于BLT方程的有孔箱体屏蔽效能分析方法,推导出了屏蔽箱体、孔逢、入射波等参数与屏蔽效能的关系式,并扩展到孔阵、偏心孔以及任意极化角的情形,分析了开孔形状、孔阵的孔间距、孔阵开孔面积以及开孔数量对屏蔽效能的影响。在0-2 GHz范围,对单孔和孔阵箱体的屏蔽效能进行仿真,并与Robinson算法以及CST仿真结果进行了对比,验证了方法的有效性。数值仿真结果表明：开孔面积不变时,开孔数量越多屏蔽效能越好;开孔数量不变时,开孔面积越小屏蔽效能越好;在开孔面积以及开孔数量都不变时,孔阵的孔间距越大屏蔽效能越好。

带缝隙腔体电磁谐振特性的仿真分析

带缝腔体内部发生电磁谐振时导致腔体屏蔽效能急剧降低。为分析带缝腔体的电磁谐振特性,基于CST电磁仿真软件,分析了平面波极化角度、缝隙放置方式以及缝隙结构参数等对电磁谐振特性的影响规律,并结合腔体内电场分布图分析了缝隙谐振、腔体谐振以及缝隙-腔体耦合谐振的区别。研究结果对工程实践中抑制或控制电磁谐振具有重要意义。

偏心孔缝箱体屏蔽效能电磁拓扑分析算法

基于电磁拓扑理论,对Robinson等效电路模型进行改进,提出了箱体屏蔽效能分析的电磁拓扑算法.该算法将孔缝等效为二端口网络,通过散射矩阵准确地描述了箱体内部场的行驻波态,实现了内外场耦合的准确建模;结合偏心孔缝箱体分析理论,求解偏心孔缝散射矩阵,进而实现了偏心孔缝箱体的屏蔽效能分析.在0~2GHz频域内,分别对偏心单孔和孔阵箱体的屏蔽效能进行了仿真,通过与软件CST数值结果的对比,验证了算法的有效性.最后采用该算法详细分析了孔缝宽度、测试点距离、入射极化角和入射方位角对单孔箱体屏蔽效能的影响.

基于波形重建的开缝小腔体电磁脉冲屏蔽效能仿真分析

随着高功率电磁脉冲源的大量应用,电子设备的电磁脉冲防护成为电磁兼容领域的重要研究内容。为评估屏蔽体的电磁脉冲屏蔽效能,在分析波形重建方法的基础上,提出了开缝腔体屏蔽效能的最小相位法传递函数重构及波形恢复流程图,通过仿真计算和实验获得小腔体的频域屏蔽效能及其传递函数,对腔体内的方波电磁脉冲进行重建,分析了开缝小腔体对方波电磁脉冲的屏蔽效果。利用实测数据进行仿真计算结果表明:基于最小相位法的波形重建方法能够计算出电磁脉冲透过孔缝后的时域波形,计算得到的2种开缝屏蔽体的峰值屏蔽效能与屏蔽效能频域实测谱的低频屏蔽效能一致;利用该方法还能进行任意波形脉冲激励下的屏蔽体屏蔽效能计算,具有计算简单、预测效果好的优点。

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。

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.

雷达波对孔缝腔体内复杂传输线耦合影响

针对雷达波与孔缝腔体内复杂传输线耦合计算问题,提出一种基于矩量法、并矢格林函数和传输线Π等效电路与Agrawal混合模型的计算方法.首先,用矩量法求得雷达天线在孔缝处的入射电磁场;然后,采用矩量法-并矢格林函数混合算法计算孔缝处等效磁流,并求得腔体内的电磁场;运用所得电磁场与传输线混合模型计算传输线的负载电流响应.通过仿真传输线与BLT方程等计算结果比较,验证了此方法是有效的.

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。

弹体内置矩形腔屏蔽效能分析

为提高导弹强电磁脉冲防护能力,采用有限积分法对弹体内置矩形腔体的屏蔽效能进行了数值模拟。重点分析了双层嵌套腔体屏蔽效能与单层腔体屏蔽效能之间的关系,以及末制导雷达天线转动对壳体屏蔽效能的影响。结果表明:双层嵌套在L频段可提高屏蔽效能30 dB左右,但在S频段嵌套腔体与内层腔体的屏蔽效能相当;当外层腔体与内层腔体上孔缝共振频率相近时,嵌套腔体屏蔽效能会急剧恶化;天线转动对屏蔽效能的影响与入射波频段相关。该研究对提高导弹电磁防护能力具有指导意义。

含内部障碍物开孔缝腔体屏蔽效能

针对含有内部金属障碍物的开孔屏蔽腔体的结构特点,采用扩展的传输线方法理论,建立了平面波照射下腔体电场屏蔽效能的等效电路模型,推导了近似计算解析式,并计算分析了内部金属障碍物对开孔腔体屏蔽效能的影响,分析了障碍物跨度、到腔体开孔缝面的距离和障碍物开缝距离对腔体电场屏蔽效能的影响.在0～1 GHz范围内,利用传输线方法（transmission line method,TLM）计算了含内部障碍物腔体屏蔽效能,与CST软件仿真结果验证了本方法的有效性.计算结果表明：内部金属障碍物提高了腔体的屏蔽效能,改变了腔体的谐振频率,且障碍物尺寸越大对腔体影响越大;障碍物距离开缝面越远、跨度越大、障碍物开缝距离越近,腔体屏蔽效能越大.

复合材料雷体的UWB-EMP耦合效应研究

针对高功率微波(High power microwave,HPM)扫雷装置对现代地雷构成的严重威胁,为提高地雷抗电磁毁伤能力,将不锈钢纤维(Stainless steel fibers,SSF)作为聚酰胺树脂的导电填料,研究新型复合屏蔽材料地雷壳体。针对雷体结构和布设状态,采用时域有限差分(Finite difference time domain,FDTD)数值方法,分析该壳体的超宽带电磁脉冲(Ultra-wide band electromagnetic pulse,UWB-EMP)孔缝耦合规律。加工复合材料地雷壳体样品,内置电子引信并连接电引火头,在微波暗室进行峰值功率1 GW的UWB-EMP辐照下的效应实验,壳体放置天线前的距离大于0.5 m时,内部电子引信能正常工作。结果表明:该壳体能有效提高电子引信地雷抗强电磁毁伤等复杂战场电磁环境下的生存能力。

有孔金属导体板屏蔽特性的分析

对电小孔的耦合理论进行了总结,给出了计算具有电小孔的无限大金属导体板屏蔽效能的一般方法,讨论和分析了平面波源情况下不同形状孔对屏蔽效能的影响,通过数值计算,得出了一些有意义的结论。

基于FDTD的孔缝阵腔体屏蔽效能研究

电子仪器的屏蔽腔体由于散热、通信的需要往往有大量的孔缝。本文介绍了分析屏蔽腔体的电磁泄漏和对外界电磁辐射的屏蔽效能的模型。利用这两种模型,基于时域有限差分(FDTD)算法,分别计算了带有孔阵列的金属屏蔽腔体的电磁泄漏和在外界高斯脉冲照射下的电磁屏蔽效能。通过对总面积相等的不同类型孔阵列的仿真计算结果的对比,得出圆形孔阵列具有最好的屏蔽效果。对于总面积相等的同类型孔阵列的计算结果表明,孔的尺寸越小,其阻止电磁泄漏和对外界电磁辐射的屏蔽能力越强。通过计算,还分析了双层孔阵列的屏蔽效能以及层间距对屏蔽效能的影响。

表面金属化织物电磁屏蔽效能的数值计算

依据织物真实的微观结构,构建了两种模型来计算化学镀后织物的电磁屏蔽效能。利用截止波导理论法构建了具有不同形状微孔的金属网模型,研究微孔形状和大小对电磁屏蔽效能的影响。计算结果表明:随着微孔的增大,电磁屏蔽效能值减小;当微孔尺寸小于孔洞深度时,电磁屏蔽效能值随微孔减小而增大得更快;对于孔洞面积相同的正方形孔、圆形孔和六边形孔,当微孔较小时,圆形孔的屏蔽效能最好,而当微孔较大时,正方形孔的屏蔽效能最好。利用波导小孔耦合理论推导了微孔随机分布时织物电磁屏蔽效能的计算公式,并计算了随机分布20个大小不同孔洞金属板的电磁屏蔽效能。这种方法有望得到进一步完善和拓展,使之能够更加精确地计算表面金属化织物的电磁屏蔽效能。