超宽带电磁脉冲对典型引信的耦合效应研究

为明晰超宽带电磁脉冲对典型无线电引信的干扰和损伤影响,应用时域有限积分法对典型无线电引信腔体耦合效应进行了数值模拟研究。以典型无线电引信腔体及其低频电路板实际结构为对象进行建模,仿真研究了超宽带电磁脉冲对该引信腔体的耦合特性,分析了引信高低频电路间连线过孔参数和脉冲参数对耦合效应的影响规律,研究了加装印刷电路板对耦合效应的影响。结果表明:与圆形和正方形孔缝相比,矩形孔缝的耦合系数受极化方向的影响显著;脉冲上升时间越小,耦合系数越大;加装印刷电路板后,腔体相同位置处耦合系数下降,谐振频率改变。     

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.     

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。     

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。     

高功率微波对双层屏蔽腔体的孔缝耦合特性

 用多模传输线模型对高功率微波与双层屏蔽腔体的孔缝耦合特性进行了研究,此方法可以考虑高功率微波孔缝耦合进入腔内时的较宽的频率范围。用这种模拟方法获得了双层屏蔽腔体微波耦合的一些规律性结果：双层屏蔽可以使得腔体内的耦合电场比单层屏蔽时有显著的减弱,这与FDTD方法的结论是一致的;双层屏蔽外腔体中的一些谐振会影响到内腔体的耦合系数,外腔体中的场模式经由内孔缝会影响内腔体中的场模式;不论是单层屏蔽还是双层屏蔽,保持每层孔缝总面积不变时,随着孔阵中孔缝数量的增加,进入腔体内的耦合电场也逐步地减弱,这与单层屏蔽时的结论一致;通风总面积不变的情况下,孔缝数量越多,屏蔽效能越好。     

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。     

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     

电大开孔箱体屏蔽效能分析解析模型

电磁脉冲武器能够通过"前、后门"耦合效应对箱体内部电子元器件及电路板造成损伤,从而对电气电子设备的安全性构成严重威胁,因此,开展箱体电磁屏蔽效能的分析研究具有重要意义.推导了任意入射波条件下电大开孔箱体屏蔽系数的解析解,并在此基础上对箱体屏蔽效能进行了分析研究.首先通过矢量分解,得出任意入射平面波的坐标分量;再基于Cohn模型,获得了电大开孔的等效电偶、磁偶极子;然后通过镜像原理,计算出总的赫兹电矢量位、磁矢量位;最终求得电大开孔箱体内部任意观测点的电场解析解,用于箱体屏蔽系数计算.设计了5组验证性实验,仿真结果表明:该解析算法相对CST的均方误差为11.565 d B,绝对误差为8.015 d B,相关系数为0.921,从而验证了该算法的准确性;解析算法仿真的平均耗时为0.183 s,仅占CST耗时的1/7530,从而验证了该算法的高效性.     

微带线电路板端口对入射电磁波的电压响应

 在考虑电磁波与电子设备的耦合时,屏蔽腔中电路板端口对入射电磁波的电压响应是一个重要的参数。分别计算了微带线电路板端口在自由空间和在屏蔽腔内这两种不同情况下的电压响应,以及屏蔽腔内耦合系数的变化。对所得结果进行了比较分析,结果表明,在自由空间时,响应电压频谱为连续的变化,而在屏蔽腔内时,只有在本征模的频率处才会激励起端口电压,频谱分布变为分立的。当屏蔽腔上开有窄缝时,窄缝方向和入射场极化方向对激励起来的端口电压都有影响,而电场极化方向和微带线方向之间的关系,是决定端口激励电压大小的关键因素。     

基于PWB方法的电大尺寸腔体结构电磁耦合求解器的开发与验证北大核心CSCD

功率平衡(PWB)法是基于统计电磁学的求解电大尺寸腔体结构电磁耦合问题的快速方法。在PWB方法的基础上,开发了一个电大尺寸腔体结构电磁耦合求解器,实现了对不同腔体形状、不同孔缝形状、不同源类型等条件下的电大尺寸腔体结构电磁耦合水平的快速求解,并与已发表文献的结果和实验结果进行了对比,验证了求解器的有效性和高效性。     

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.     

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.     

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。     

基于随机拓扑的复杂腔体电磁辐射统计特性

针对电磁波经孔缝耦合进入多端口微波混沌腔体的电磁辐射问题,推导了孔缝随机耦合模型,以预测单腔体各孔缝处耦合电压的统计特性;并将该模型与电磁拓扑理论结合,提出了一种复合计算方法孔缝随机拓扑模型,用于分析级联腔体的孔缝耦合电压和传输系数等电磁量的统计特性,将该算法的计算结果与网络级联理论的计算结果进行对比,验证了算法的正确性。该模型可成为分析复杂不规则混沌腔体的孔缝耦合问题以及混响室研究的有利工具。     

孔缝箱体屏蔽效能电磁拓扑分析模型

基于Robinson等效电路法,提出了一种电磁拓扑模型,用于任意平面波入射条件下的孔缝箱体屏蔽效能分析。该模型将孔缝及其所在平面等效为连接自由空间(等效为特性阻抗为Z0的传输线)和剩余箱体(等效为特性阻抗为Zg的短路矩形波导)的二端口网络,并通过等效电路模型计算了该二端口网络的散射矩阵,进而推导出描述孔缝耦合的广义BLT(Baum-Liu-Tesche)方程。设计了4组实验模型用于电磁拓扑理论(EMT)算法、Robinson算法和CST软件的对比分析,仿真结果证明:EMT算法较Robinson算法具有更高的准确率,尤其是在高频域;EMT算法继承了Robinson算法简洁高效的特性,且能直观反映箱体参数、孔逢参数对屏蔽系数的影响,较CST软件实用性更强。     

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。     

电缆电磁脉冲屏蔽效能的辐射法测量

分析了电缆电磁脉冲屏蔽效能传统测量方法的局限,提出了辐射法测量电缆电磁脉冲屏蔽效能的试验方法。该方法根据互易性原理,将屏蔽效能定义中的电缆耦合场测量转变成电缆辐射场测量。通过电缆屏蔽前后辐射场的测量,得到电缆的电磁脉冲屏蔽效能。以SYV50-5同轴电缆为对象,采用辐射法研究了其对电磁脉冲的屏蔽效能,试验取得了较理想的效果。由于互易性原理对介质空间除了线性没有特别的要求,对于传统方法很难处理的多芯电缆、双屏蔽电缆、特种电缆等的屏蔽效能测量,辐射法测量同样有效。通过改变传感器的类型测量辐射磁场,还可以得到电缆对磁场的屏蔽效能。     

多层电磁屏蔽的电磁拓扑图分析方法

 提出了一种用于多层电磁屏蔽条件下分析系统电子器件之间相互耦合的电磁拓扑模型。将该模型与求第k最短路算法结合，得出在不同频率范围下求从源点到终点屏蔽系数小于规定值路径的算法，得到需要改进的电磁耦合路径。该算法是通过对第k最短路算法修改而得到的,不需要求最小树和时间复杂度。仿真实验证明该算法是有效的，可以用于大型复杂电子系统耦合问题的分析。     

基于CP-FDTD的复杂细缝屏蔽效能分析方法

围绕强电磁脉冲的细缝“后门”耦合问题,介绍了基于CP-FDTD的细缝屏蔽效能分析高效数值模拟方法。在证明CP-FDTD准确性的基础上,从入射电磁场极化方向、入射角度和计算效率三个方面进行了详细分析,验证了CP-FDTD在处理工程复杂细缝电磁脉冲耦合时的适用性。通过将CP-FDTD算法集成于自主研发软件JEMS-FDTD,形成可以高效分析工程复杂细缝屏蔽效能的数值模拟方法,并应用于工程部件细缝结构的屏蔽效能分析。