基于机器学习的开孔加载金属腔电磁屏蔽效能评估

利用全波分析方法计算了不同电路板加载、不同孔缝和尺寸的开孔金属腔在0!5GHz范围内的屏蔽效能(SE), 获得共计5250个样本。进而利用机器学习中的随机森林回归算法, 对其中4200个样本数据进行训练, 获得了可以根据开孔腔物理尺寸、加载物材料及电磁特性和位置、频率等共计16个输入参数快速评估开孔加载金属腔屏蔽效能的机器学习模型。利用其余的1050个样本进行模型验证, 结果表明该模型可以快速准确地计算加载腔的电磁屏蔽效能。该模型具有随时根据样本量增加不断训练提高其普适性的特点, 可为实际工程中加载开孔腔的屏蔽设计及SE评估提供高效途径。     

基于传输线等效法的双腔体屏蔽系数快速算法

传输线等效法(TLM)是一种常用的开孔腔屏蔽系数快速计算方法,在孔缝耦合系数的计算中考虑了孔缝处的场模式,提高了TLM算法在高频段计算屏蔽系数(SE)的准确性。继而将TLM算法推广到开孔双金属腔屏蔽系数的计算,通过将外腔体中任意位置的电压等效为内孔缝处的辐射电压源,计算得到内腔体中任意位置上的屏蔽系数,解决了已有文献中方法的不足。该算法计算结果与CST仿真结果吻合较好。     

开孔屏蔽腔内传输线负载所受电磁干扰的解析算法

外界电磁场通过孔缝耦合进入屏蔽腔,并经由线缆对腔内电子设备造成干扰,这是电磁兼容中需要考虑的重要问题,而数值法分析此类尺寸跨度大的电磁问题效率过低。基于电磁拓扑和等效电路法,提出一种快速计算外界平面波辐照下开孔屏蔽腔内传输线负载所受电磁干扰的解析算法。首先利用电磁拓扑将整个耦合问题分解为两个独立的子问题:外界平面波辐照下开孔空腔内的耦合场问题与耦合场辐照下孤立传输线的响应问题,然后提出基于等效电路法求解空腔内耦合电场的计算方法,最后利用场线耦合BLT方程求解耦合电场对孤立传输线负载造成的电磁干扰。经CST仿真验证,该解析算法能有效计算任意位置开(多)孔屏蔽腔内任意放置传输线负载所受的电磁干扰。相比于数值法,该解析算法不仅花费更少的计算时间与资源,且能用于参数影响规律的研究。     

腔体内传输线耦合的电磁仿真软件与传输线方程的混合算法

研究了一种有限积分法软件与传输线方程相结合的混合算法,用于解决复杂电磁环境下屏蔽腔体内传输线的电磁耦合问题。利用有限积分法软件实现屏蔽腔体的建模,仿真得到腔体内部空间电磁场分布,并设置电场探针提取出传输线的激励场。利用传输线方程建立腔体内传输线的耦合模型,将得到的传输线激励场引入到传输线方程作为等效分布电压和电流源。利用时域有限差分(FDTD)格式对传输线方程进行离散,从而迭代求解出传输线终端负载上的电压和电流响应。通过与文献以及传统数值算法的计算结果进行对比,验证混合算法的正确性。研究表明,该混合算法在模拟电大尺寸腔体内传输线的电磁耦合方面,具有较高的精度和计算效率。     

基于电磁拓扑的多腔体屏蔽效能快速算法

提出基于电磁拓扑理论计算开孔多腔体屏蔽效能的快速方法.首先给出双腔体等效电路和电磁拓扑信号流图,并推导孔缝节点处的散射矩阵,给出拓扑网络的散射矩阵方程和传输矩阵方程,获得双腔体的广义Baum-Liu-Tesche(BLT)方程.在此基础上研究了开孔三腔体,包括串型级联三腔体和串并型混合级联三腔体的广义BLT方程.对于串型级联三腔体,其电磁拓扑网络和广义BLT方程在双腔体基础上直接扩展即可获得.而对于串并型混合级联三腔体,通过将位于三腔体公共面上的孔缝等效为三端口网络节点,并根据三端口网络散射参数定义推导获得该节点的散射矩阵,最终得到串并型混合级联三腔体的广义BLT方程.本文方法对双腔体的计算结果与文献结果和实验结果相符合,对3组不同类型和尺寸开孔腔的屏蔽效能的计算结果与时域有限差分法计算结果符合较好.该算法不仅效率高,通过对所有计算结果和实验结果的误差统计分析,表明该算法具有较高的计算准确度.     

内部窗口结构对开孔矩形腔体近场屏蔽效能的影响

针对开孔屏蔽腔体内置窗口的结构特点,采用扩展的传输线方法理论,建立了电偶极子天线照射下计算近场屏蔽效能的等效电路模型,推导了近似计算解析式,并计算分析了内部窗口结构对开孔腔体近场屏蔽效能的影响.结果表明:含内置窗口结构腔体的近场电场屏蔽效能小于远场屏蔽效能,腔体屏蔽效能随窗口宽度的减小而增大,电感窗口使得腔体谐振频率向上偏移,电容窗口使其谐振频率向下偏移.分析结果与CST仿真结果进行了对比,证实本文采用的等效电路方法是有效的.     

基于BLT方程的双层腔体屏蔽效能计算方法

基于波导理论,将BLT方程进一步拓展,提出一种可快速、准确地计算双层腔体内任意点屏蔽效能的方法。首先将腔体壁孔所在面等效为二端口网络,腔体等效为两端短路的波导,建立信号流图。引入孔阻抗计算二端口网络散射参数,依据信号流图构建广义BLT方程,得到内层腔体中心线上点的屏蔽效能;然后根据波导理论的场分布特性,推导出腔体内任意点电场与腔体中心线上电场的关系,最终得到内层腔体内任意点的屏蔽效能。将计算结果与等效电路法及CST数值仿真结果对比,三者吻合良好,计算结果在较大频率范围内比等效电路法精度更高。该方法可以准确预测双层腔体在0~2.5GHz范围内所有谐振点,有助于分析腔体谐振现象,且计算效率较高,占用资源大幅减少。     

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。     

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。     

平面波照射下开孔矩形腔体的电磁耦合与屏蔽效能研究

基于Bethe小孔耦合理论和腔内电磁场的本征模展开, 建立了平面波照射下开孔矩形腔体电磁场分布的近似解析模型. 该模型物理意义清晰, 可以考虑开孔的形状、 尺寸、 个数及位置和入射波的传播与极化方向等参数的影响. 该模型的计算结果优于传统的等效电路方法, 与实验结果的一致性更好. 计算分析了相关因素对电磁屏蔽效能的影响规律, 所得结果对电磁屏蔽腔体的设计有指导意义.     

有孔双层矩形金属机壳屏蔽效能

为了分析带有孔缝双层金属机壳的屏蔽效能,采用广义散射矩阵级联的思想,将多层金属腔体近似等效为若干个能够传输多个模式的波导级联,提出了一种使用模式匹配法和基于矩量法求解混合位积分方程的全波混合算法。该算法考虑了腔体结构、孔缝排列形式、入射波极化方向以及高次模等因素对屏蔽效能的影响。通过将数值仿真结果与经典算法仿真结果进行对比,验证了其具有较高的准确性和有效性。研究结果表明:双层金属腔体的屏蔽效能要优于单层金属腔体的屏蔽效能,适当地增加双层金属腔体上孔缝所在侧壁之间的距离可以提高屏蔽效能,当双层金属腔体侧壁上的孔缝平行排列时,平行极化下的屏蔽效能要优于垂直极化下的屏蔽效能,而当孔缝交叉排列时,平行极化和垂直极化下屏蔽效能的优劣则并不明显。     

一种基于BLT方程的孔缝箱体屏蔽效能计算方法

本文基于等效电路法, 提出一种通过BLT方程计算带孔缝箱体屏蔽效能的方法, 可以快速准确计算任意入射、极化平面波照射箱体以及任意位置开孔和双面开孔箱体的屏蔽效能. 根据等效电路法求解出孔缝散射矩阵, 依据信号流图建立传播关系和散射关系方程, 并推导出包含孔缝耦合效应的广义BLT方程. 将BLT方程计算结果与等效电路法计算结果以及CST仿真做对比, 验证了方法的正确性. 与等效电路法相比, 在同一孔阻抗下, 孔缝散射矩阵包含箱体内外能量之间的相互耦合作用, 本方法计算结果精度更高, 能预测更多箱体谐振模式; 与CST仿真相比, 本方法占用时间和资源少, 可以对箱体参数进行规律性研究.     

有孔双层屏蔽腔体的宽频带屏蔽效能

 用扩展为可分析腔内高次模的传输线方法研究了有孔双层屏蔽腔体的屏蔽效能,该方法可以考虑腔内较宽的频带范围。计算了双层屏蔽腔内电场的屏蔽系数,与单层屏蔽腔内屏蔽系数的比较表明,采用双层屏蔽使得腔体的屏蔽效能大为提高。分析了双层屏蔽腔体孔缝耦合的共振效应、腔内的谐振。结果表明：满足共振效应成立条件时双层屏蔽腔内也发生共振现象,屏蔽效能在共振频率附近明显降低;在腔内的谐振点屏蔽系数出现极小值,此时屏蔽效果较差;在0.1~4.5 GHz的范围内,屏蔽系数随着频率的增加总体上呈下降趋势。     

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.     

频率选择表面结构的电子系统K/Ka波段电磁屏蔽分析

电子设备和无线技术不断向K/Ka波段发展以及电子系统集成度的不断提高给电子系统的电磁屏蔽设计带来了严峻挑战。提出一种将频率选择表面（FSS）用于电子系统屏蔽的新方法,可以替代传统散热孔阵,在满足通风散热性能的同时确保电子系统在5G毫米波段的电磁屏蔽性能。基于金属腔中心点屏蔽效能和全局屏蔽效能,分析了FSS孔阵排布方式、电磁波极化与入射角度对金属外壳电磁屏蔽效能（SE）的影响。结果表明:FSS孔阵排布方式对金属腔屏蔽性能的影响较小,并且SE不受入射电磁波极化方式影响;含FSS通风孔阵的金属外壳在23.0～25.5 GHz范围内屏蔽效能约为30 dB,比含传统散热孔阵金属腔屏蔽效能提高15 dB。     

加装印刷电路板的圆孔阵矩形机壳屏蔽效能

 为评估矩形金属机壳抗外部电磁干扰的能力,建立加装印刷电路板(PCB)有圆孔孔阵矩形机壳的波导等效电路模型,导出其电场屏蔽效能的简洁表达式,提出一种简单高效的新方法,对于没有加装印刷电路板的机壳,该方法的简化结果与现有文献结果完全一致;对于加装PCB的机壳屏蔽效能,该方法计算结果与CST仿真结果良好吻合。结果表明:电场极化方向与孔阵长度方向平行,同其与孔阵长度方向垂直比较,前者屏蔽效能显著优于后者;所考虑的频率范围内,加装PCB可以显著提高机壳的屏蔽效能;正交排列孔阵的屏蔽效能优于交错排列孔阵的屏蔽效能;保持孔阵中孔数目不变,孔间距越大,屏蔽效能越高。