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。     

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。     

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.     

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。     

超宽带电磁脉冲对腔体孔缝耦合效应的数值模拟

 为了解孔缝耦合对超宽带电磁脉冲干扰和毁伤电子设备的影响,应用时域有限差分法对长方腔体上不同形状的孔缝耦合效应进行了数值研究。选取mm量级的微小孔缝为研究对象,分析不同入射角度、不同脉宽的激励源对耦合效应的影响,得到了孔腔共振效应、孔缝增强效应和腔体内场强的分布规律。研究表明：长方孔在孔缝附近存在明显的增强效应,超宽带脉冲对正三角孔和方阵的耦合系数最小,脉宽短的入射脉冲耦合效应明显强于脉宽长的脉冲,耦合效应基本随入射角的减小而缓慢减小。     

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。     

平面波照射下无限大导体板上周期孔阵屏蔽效能的解析研究

本文针对平面电磁波对无限大导体平板上周期孔阵的透射问题,首先用Bethe小孔理论将孔阵表示成偶极子阵列,然后用平均化处理得到均匀的等效磁化/极化强度,进而引入等效面源导出透射电磁波表达式,最终给出了孔阵对平面电磁波屏蔽效能的解析公式.该公式分别针对横电和横磁两种极化方式,将屏蔽效能表示成孔阵周期面积、孔的极化系数、波长和入射角的简单函数,其计算结果与全波仿真结果一致性好.结果表明,透射场强的幅值与孔极化系数和波频率成正比,与周期面积成反比;在横电极化方式,波频率和周期面积不变的情况下,透射场强的幅值与入射角的余弦值成正比,入射角越大屏蔽效能越高;在横磁极化方式下,透射场强幅值与入射角的关系相对复杂,但在入射角较小时与入射角的余弦值近似成反比,总体上入射角越大屏蔽效果越低.     

冲击/发散冷却气膜冷却效率的实验研究

采用红外热像仪对冲击/发散冷却发散壁绝热壁温进行了测试,研究了气膜冷却效率随吹风比、孔间距、冲击间距、发散孔角度及排列方式的变化规律.研究结果表明,气膜冷却效率随发散孔角度的不同而差异较大;35°发散孔的冷却效率随吹风比的增大而减小,90°发散孔的冷却效率随吹风比的变化因孔阵布置方式的不同而有所差异;冲击间距对90°发散孔的冷却效率影响微弱,对35°发散孔的冷却效率影响较大;吹风比相同,孔间距越小冷却效率越高.     

内孔缝位置对嵌套腔体微波耦合特性的影响

 利用时域有限差分（FDTD）方法计算了不同内孔缝位置情况下微波脉冲与带缝嵌套圆柱形腔体系统的耦合过程；分别分析了内孔缝位置对外部带缝腔体和内部带缝腔体耦合特性的影响。结果表明:除了内孔缝附近区域以外，内孔缝位置对外腔耦合特性的影响很小，可以忽略不计；但内孔缝位置对内腔耦合特性的影响较大，而且内腔的屏蔽性能由外腔内的耦合场分布以及内孔缝的位置共同决定。     

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。     

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。     

Aperture array Fabry-Perot interference filter

We demonstrate effective implementation of the Fabry-Perot interferometer with subwavelength aperture arrays on its two metal mirrors to achieve polarization-independent narrow band-pass filtering. By superimposing of aperture array fundamental resonance transmission with one of the Fabry-Perot interference peaks, the moderate filter insertion loss of −5 dB, narrow band-pass width of 15 μm, and efficient out-of-band rejection within the ∼0.1-3 THz range are reported. The Siemens-star-shaped apertures in arrays play an important role to achieve such polarization independence and small insertion loss.     

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。     

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.     

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。     

开孔金属腔屏蔽效能快速算法适用性评估

对开孔金属腔屏蔽效能（SE）的四种快速算法传输线等效电路法、EMT法、ILCM法、Modal-MOM法的适用性进行评估,为不同实际工程问题选用恰当的算法提供了依据。为了解决传统SE结果描述方法不适用于快速算法适用性评估的问题,采用绝对误差和曲线相关系数这两个参数,提出SE随金属腔和孔缝尺寸单独变化的Contour图描述方法。在此基础上,利用864组不同形状、尺寸矩形金属腔的SE计算结果,分析并确定了四种SE快速算法满足不同计算精度时适用的腔体模式数。结果表明,在同等计算精度条件下,Modal-MOM算法可适用的腔体模式数最多,ILCM算法次之,而传输线等效电路法适用腔体模式数最少,这些结果为实际工程应用提供了指导。     

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.     

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。