带缝隙矩形腔的屏蔽效能传输线法修正及扩展分析

为研究入射电磁波与缝隙参量对矩形腔体屏蔽效能的影响,提出基于透射定律结合等效传输线方法对腔体的电磁屏蔽特性进行分析。详细推导了经缝隙透射进腔体内的电场,将透射电场作为等效电压源并对传统的传输线模型进行了修正,使之能计算任意方位入射的电磁波及缝隙偏离体壁中心时的情况;并对此方法的计算公式进行了扩展,使其能分析不同形状、孔阵、孔距及损耗等参量对腔体屏蔽效能的影响。研究表明:缝隙位于体壁中心时的屏蔽效能比靠近体壁边沿时差;相对入射角和方位角而言,极化角对腔体的屏蔽效能影响较大;在保持孔阵总面积不变的情况下,通过减小孔径来增加孔的数目或增大孔间距都可提高腔体的屏蔽效能;屏蔽体内损耗因子越大,则对腔体内的谐振频率抑制效果越明显。通过与腔体内谐振频率理论值、数值方法结果的比对分析表明,修正和扩展的解析方法结果可信,且利于各参量对腔体屏蔽效能的分析,适用范围更广。     

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。     

装有电路板孔阵矩形腔对快上升前沿电磁脉冲的屏蔽效能

 介绍了快上升前沿电磁脉冲的特性,用传输线法分析了孔阵矩形腔屏蔽效能的基本原理。将基本公式作进一步修正,使其能计算矩形腔内装有印刷电路板（PCB）的情形。对修正的传输线模型计算公式进行了扩展,使之能计算任意极化方向时的情况。计算和仿真结果表明: 当频率低于主谐振频率时,测量点离孔阵越近,屏蔽效能越差,同时低频段的屏蔽效能比高频段的要好;孔阵的屏蔽效能比相同面积单孔的要好;装有PCB腔体的屏蔽效能比空腔的要好,这在谐振区域内尤为突出;PCB板尺寸越大,屏蔽效能越好;屏蔽效能随极化角度的递增而增加;屏蔽体越小,屏蔽效果越好。     

一种考虑小孔尺寸效应的孔阵等效建模方法

对带孔阵腔体的电磁屏蔽特性进行数值计算时,为减少模型网格数量并降低孔阵建模复杂度,提出一种考虑小孔尺寸效应的孔阵等效建模方法.首先将孔阵等效为面积相同的单孔,然后根据孔数量对单孔尺寸进行缩小.利用孔阵导纳理论和数值仿真拟合方法分别建立缩小比例与小孔数量的关系,对比得出拟合方法得到的缩小比例公式精度较高的结论.通过改变干扰源、监测点位置、孔阵面积、孔阵位置、小孔形状及腔体尺寸等参数,验证了等效方法的适用性.孔阵等效建模方法能在保证仿真精度的前提下显著减少网格数量,可为大型复杂腔体屏蔽特性的数值计算提供一种有效的简化手段.     

有孔矩形腔屏蔽效能的传输线法分析

首先介绍了用传输线法（transmission line method,TLM）分析有孔矩形腔屏蔽效能的基本原理，然后将基本公式作进一步扩展，使其能计算圆孔、多孔洞以及在任意极化方向时的情形。仿真结果表明:当频率低于主谐振频率时，离孔缝越近，耦合进的电磁能量越大；当处于谐振频率时，屏蔽腔与孔形成共振，屏蔽效能很低甚至为负，而且腔体内任何空间都如此；屏蔽效能随极化角度的递增而递减，低频段的屏蔽比高频段要好；对于相同面积的孔洞，单孔洞的屏蔽效能比多孔洞的屏蔽效能要差，孔洞越多，屏蔽效果越好，而圆形孔（等同于方形孔）的屏蔽效果最好。     

有孔矩形腔屏蔽效能的传输线法分析

 首先介绍了用传输线法（transmission line method,TLM）分析有孔矩形腔屏蔽效能的基本原理，然后将基本公式作进一步扩展，使其能计算圆孔、多孔洞以及在任意极化方向时的情形。仿真结果表明：当频率低于主谐振频率时，离孔缝越近，耦合进的电磁能量越大；当处于谐振频率时，屏蔽腔与孔形成共振，屏蔽效能很低甚至为负，而且腔体内任何空间都如此；屏蔽效能随极化角度的递增而递减，低频段的屏蔽比高频段要好；对于相同面积的孔洞，单孔洞的屏蔽效能比多孔洞的屏蔽效能要差，孔洞越多，屏蔽效果越好，而圆形孔（等同于方形孔）的屏蔽效果最好。     

开孔矩形腔体电磁泄漏特性的解析研究

本文提出了一种用于计算开孔矩形腔体电磁泄漏场的解析理论模型.该理论模型先基于模式展开法求解封闭腔场,进而依据Bethe小孔耦合理论将泄漏场与封闭腔场用等效偶极子关联.该模型可以考虑波频率、场源位置、开孔位置及场强观测点位置等因素的影响,计算结果与全波仿真结果一致.本文计算分析了相关因素对电磁屏蔽效能的影响规律,并给出了物理解释.结果表明近场屏蔽效能小于远场屏蔽效能,且近场区电场屏蔽效能与磁场屏蔽效能并不相同.     

金膜上亚波长周期性孔阵的模拟与研制

分析了980 nm波长的光在透过制作在金膜上的亚波长周期性孔阵时的透射增强现象.通过建立中心带缺陷孔的三角晶格的孔阵模型,并采用三维时域有限差分方法对该模型的透射情况进行模拟分析.结果表明通过优化孔阵周期参数可以对特定波长的光实现一定程度的选择透过性.当孔阵周期为450 am,中心缺陷孔径为400 nm,孔阵中单个孔孔径为150 nm时,980 nm波跃光透过该孔阵时具有明显的透射增强效应,并且距孔阵表面3μm的远场光斑尺寸被局限在亚波长尺度(880 nm).研究了使用聚焦离子束在金膜上制备孔阵的工艺,成功研制了与没计尺寸一致的孔阵.这种孔阵可以集成在980 nm垂直腔面发射激光器上,用于改善器件的远场光学特性.     

基于场变换的毫米波半波片设计

极化转换是电磁波调控的重要研究方向之一.本文基于场变换理论提出一种宽入射角的宽带毫米波半波片.基于等效媒质理论,该半波片可由亚波长厚度的两种介电常数不同的材料周期性排布后旋转45°得到.通过设计控制两种材料的介电常数、高度比值以及整个半波片的厚度可以在毫米波段实现极化转换的功能,此设计具有低损耗和高转化效率的特点.此半波片能实现横电波与横磁波的相互转换以及圆极化波的相互转换,极化转换-3 dB相对带宽达49%.仿真和实测结果相符,验证了该半波片宽带高效的极化转换效果.在入射角为60°时,极化转换-3 dB带宽依然能够达到36%左右.     

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.     

基于BP神经网络的圆形孔缝耦合截面预测

在对电磁波经孔缝传输/泄露的分析中,孔缝耦合截面的获取十分重要。针对现有公式无法准确获取谐振频段圆形孔缝耦合截面的问题,将BP神经网络应用于圆孔耦合截面的快速获取,该模型适用于电尺寸(半径波长比)在[0.08, 3]之间的圆形孔缝。在不同入射角度和极化角度的入射波辐照下,用全波分析软件计算无限大理想导体平板上不同电尺寸圆孔的耦合截面,用圆孔的耦合截面除以其几何面积得到圆孔的归一化耦合截面。利用这些数据训练神经网络,建立了一个以圆形孔缝的电尺寸、入射波的入射角度和极化角度为输入参数,孔缝的归一化耦合截面为输出参数的BP神经网络模型。通过与全波分析的对比可知,该模型能够快速准确地预测任意入射角与极化角平面波辐照下电尺寸在[0.08, 3]之间的圆形孔缝的归一化耦合截面。     

不同形状孔阵屏蔽效应的分析

 屏蔽效应的研究对于防御电磁干扰，保证电子系统的正常工作是非常重要的。计算了屏蔽腔上开有不同形状的孔阵时对屏蔽效应的影响，分析比较了各种不同孔间距对屏蔽效应的影响。计算结果表明，圆形孔阵的穿透系数最小，方形孔阵次之，蜂巢形孔阵较大，但频谱分布基本一致。而对于哑铃形孔阵，由于孔面形状差异较大，孔面处磁流分布变化也较大，不仅穿透系数比前三者都大，而且高频时穿透系数的频率分布也发生较大改变。另外，随着孔阵中孔间距变大，孔之间的互耦减弱，耦合进屏蔽腔内的场强也变小。     

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.     

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。     

New nonlinear intensity Kerr effect in the polar geometry

The problem of the electromagnetic wave reflection on the second optical harmonic from a semi-infinite optically isotropic magnetic medium is considered for the uniform magnetization direction corresponding to the polar Kerr effect. In the first approximation in magnetization, the method of Green’s tensor functions is used to derive expressions for the complex amplitudes of the wave fields for the incidence of s-and p-polarized waves (as well as of their superposition) on the medium. It is shown that, in the latter case, the nonlinear polar Kerr effect is of the intensity type. The dependences of the intensity effect on the angle of incidence of the inducing wave and on the angle of its polarization, which were obtained in numerical experiments, are presented. A comparative analysis of the linear and nonlinear intensity Kerr effects is carried out.     

开孔矩形腔体的近场电磁屏蔽效能研究

基于扩展的等效电路方法, 建立了电偶极子和磁偶极子天线近场照射下开孔矩形腔体电磁屏蔽效能计算的近似解析模型, 计算分析了场源–腔体距离对电场和磁场屏蔽效能的影响规律. 结果表明在近场区, 屏蔽效能随场源–腔体距离的减小而明显减小, 近场屏蔽效能小于远场屏蔽效能. 基于Bethe小孔耦合理论, 得出了描述近场和远场屏蔽效能关系的解析公式, 并用该公式检验了等效电路方法计算结果的可信性. 关键词： 电磁屏蔽 矩形腔体 近场 Bethe 理论