基于FDTD的环形孔缝电磁耦合规律研究

为提高电子设备及系统在复杂电磁环境下工作的稳定性,应用时域有限差分方法对不同脉宽电磁脉冲通过带有不同形状（方形环,圆环,矩形环）环形孔缝屏蔽腔体的耦合规律进行了分析.研究结果表明：电磁脉冲通过环形孔缝耦合现象明显,其通过圆环的耦合能量最小;对于矩形环,当入射波极化方向与环形孔缝的短边平行时,若矩形环孔缝纵横比越大,则耦合能量也越大,当极化方向与短边垂直时,则纵横比越大,耦合能量越小;入射电磁脉冲脉宽越短,电磁脉冲越容易耦合进入环形孔缝;腔体壁的反射及谐振会增强耦合效应.     

有孔矩形腔的屏蔽效能及其对谐振抑制研究

介绍了用传输线解析计算法分析有孔矩形腔屏蔽效能的基本原理,对基本公式作进一步修正,使其能计算孔阵列情形,并对修正的传输线模型计算公式进行了扩展,使其能计算任意极化方向时的情况.通过在腔体内表面敷设经过优化计算的复合电介质涂层,实现了对特定谐振频率抑制.计算和仿真结果表明:当处于谐振频率时,屏蔽系数很低甚至为负;孔阵的屏蔽效能比相同面积的单孔的屏蔽效能好;屏蔽效能随极化角度增加而变化,当耦合电场极化方向平行孔缝的长边时,屏蔽效果最好;在腔体内表面上敷设对应腔体谐振频率的复合电介质涂层,实现了在相同的厚度条件下对腔体谐振频率最佳的抑制效果.根据计算结果提出了设计屏蔽腔的建议.     

快上升前沿电磁脉冲的孔缝耦合效应数值研究

本文利用时域有限差分(FD—TD)法研究快上升前沿电磁脉冲(FREMP)目标腔体的孔缝耦合效应。并将计算结果与核电磁脉冲(NEMP)的耦合结果进行比对。研究表明：对于较小尺寸的目标腔体,在孔缝尺寸也较小的情况下,FREMP相对于NEMP更容易耦合进入目标腔体,且更容易引起孔腔谐振。     

电磁脉冲窄缝耦合共振特性

利用有限积分法对电磁脉冲与带缝腔体孔缝耦合特性进行研究。选取窄缝为mm量级微小孔缝作为研究对象,借助耦合函数,分析了核电磁脉冲与单层腔体、嵌套腔体内、外窄缝平行分布与垂直分布2种情况下的耦合函数。结果表明：当入射波电场矢量方向与窄缝短边平行,即入射角θ=0°时,内、外窄缝平行分布耦合进入腔体的电磁能量在内窄缝处发生第2次场增强效应;而内、外窄缝采用垂直分布的相对位置,在内窄缝处的电场值仅为几伏每米,此分布能有效降低电磁脉冲对电子器件的干扰。     

电磁脉冲对带孔缝腔体的耦合特性

利用时域有限差分方法(FDTD)研究了电磁脉冲对带孔缝导体腔的耦合特性。为减少存储空间而采用非均匀网格法,分别对腔体上开有不同形状(正方形、长方形)和不同数目孔缝时的耦合效应进行分析。结果表明,在孔洞面积相同的情况下,电磁脉冲对正方形孔洞的耦合能量较小;而对长方形,当脉冲的极化方向与孔洞短边平行时,耦合能量最大;此外,把单个孔洞分成总面积不变的多孔洞后,耦合能量减小;同时,在保持通风面积不变的情况下,将原本开在一层屏蔽板上的孔缝交错地开在两层板上,能够明显改善屏蔽效果。     

1 kW微波源机箱电磁耦合的并行FDTD模拟

微波源机箱的不同面板上开有不同数量和大小的矩形孔缝和散热通风孔,电磁脉冲可以通过机箱上的孔缝耦合进入微波源内部,对内部电路和设备造成干扰。通过自动网格剖分技术实现了1 kW微波源的快速建模,采用并行时域有限差分（FDTD）算法模拟了不同极化方向下高斯脉冲正入射1 kW微波源机箱的耦合问题,分析了微波源机箱的电磁脉冲耦合规律。研究结果表明,数值计算结果与电磁软件仿真结果吻合得比较好,电磁脉冲的极化方向对耦合进入微波源箱体内的电场强度影响不大,微波源机箱中心点的谐振特性明显。     

线极化波和圆极化波与腔体的耦合比较

线极化波与腔体的耦舍效果受腔体上窄缝方向的影响很大,而圆极化波与腔体的耦合对窄缝方向的依赖比较小。利用时域有限差分法,采用相同振幅的线极化波和圆极化波入射,分别计算它们与开有单缝和T形缝隙的屏蔽腔体的孔缝耦合效应。比较两种极化形式的波入射时,耦合到腔体内部功率密度最大值随极化方向的变化关系,从而得出结论：同幅度的圆极化波比线极化波更容易耦合进入腔体,并不易受缝隙形状影响。     

双层金属腔体HEMP平面波孔缝耦合特性分析

高空核爆电磁脉冲（HEMP）对电子/电气设备构成严重威胁,是电磁兼容与电子/电气 设备安全领域的重要研究内容。基于时域有限差分法（FDTD）的总场-散射场体系建立仿真 空间,推导了连接边界的一维平面波引入方法,选择双层金属腔体为研究对象,仿真分析了 腔体在HEMP平面波作用下透过孔缝在各采样点的响应过程。仿真结果显示,各采样点都出现 了明显的振荡波形,其中外金属腔体孔缝中心比内金属腔体内部中心点耦合电场的峰值大; 相同面积下,正方形孔、矩形孔的耦合电场比圆孔的耦合电场小;内部腔体与外部腔体 在孔缝一侧距离的大小也会对耦合结果产生影响,间距越大,内部耦合电场的衰减越多。所 得结论 有利于指导双层金属腔体的电磁防护设计。     

装有PCB有孔矩形腔屏蔽效能的传输线法分析

为了提高对有孔屏蔽腔内电路的有效保护性能.介绍了用传输线法分析有孔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的情形.并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.计算结果表明:当频率低于主谐振频率时,测量点离孔缝越近,耦合进腔体的电磁能量越多;屏蔽效能随极化角度的递增而增加;低频段的屏蔽效能比高频段的要好;装有电路板腔体的屏蔽效能比空腔的要好,这在谐振区域内尤为突出;电路板尺寸越大屏蔽效能越好.根据计算结果,提出了设计屏蔽腔及其腔内电子设备的建议.     

金属腔体多耦合通道电磁特性研究

实际金属腔体常开有多个通道,使得腔内电磁环境变得复杂。以分析腔体多通道耦合电磁特性为出发点,建立平面波入射下矩形、圆柱腔体实例模型,引入对比系数作为评价手段,侧重研究孔缝、贯穿线缆两种耦合通道对腔内电磁场的影响,寻求共性规律。结果表明:腔外线缆长度变化不影响谐振点出现位置,随长度增加腔体屏蔽效能(SE)下降;腔内线缆随长度增加,谐振频率降低,两腔体具有如上共性结论。基于给定的模型及参数设定,通过比较系数可判断矩形腔体450 MHz 之前线缆耦合为主;贯穿线较长时, 510 MHz 之前圆柱腔体线缆耦合为主;贯穿线较短时,两个局部频点之外的其它频段孔缝耦合为主;涂覆磁损耗型吸波材料提升腔体SE 效果最好,且SE越低,提升效果越明显。     

基于XFDTD的箱变开孔金属外壳雷电电磁脉冲防护

为研究户外配电设备对雷电电磁脉冲(LEMP)的防护能力,利用基于时域有限差分法(XFDTD)的全波三维电磁场模拟仿真软件对近场LEMP与户外箱变金属开孔外壳的耦合情况进行仿真模拟,得到3种正面具有不同形状散热孔阵的箱变在距回击点30 m处,其内部距开孔位置5 cm,50 cm和100 cm处的耦合电场强度与电磁功率密度。研究表明,能量主要集中在低频段(2 MHz以下)的LEMP与正面有散热孔阵的变电站腔体发生耦合时,耦合进内部的电磁能量主要集中在开孔附近;对于相同排列方式的孔阵,腔内耦合电磁能量按照长方形、正方形和圆形顺序依次减小,具有圆形孔阵的变电站电磁屏蔽效能最佳;腔体内远离开孔处的电磁危害要小于开孔位置附近,耦合电磁能量可能会严重干扰变电站的正常工作,但不会损坏其内部电子元件。     

金属腔体孔阵电磁耦合的数值分析

本文针对正弦调制高斯脉冲激励下金属腔体的孔阵电磁耦合问题，使用Zeland公司的FIDELITY软件进行FDTD仿真，发现面积相同（即通风，散热量相等）时腔体电场耦合能力随着孔阵中孔的数目增多而下降，同时对不同形状孔阵及不同间距孔阵情况进行比较。     

NEMP fields inside a metallic container with an aperture in onewall

The finite-difference time-domain (FDTD) method was used to study the nuclear electromagnetic pulse (NEMP) waves coupling into one metallic container through a small aperture in one face of the container. The incident electric fields of NEMP waves were expressed by double exponential forms with two different decay constants. The time-domain behavior of the electric field inside the metallic container excited by the waves was obtained by the FDTD method. The electric field distributions on various layers for the area of the aperture of 10×10 cm² were also calculated. It was found that the shielding effectiveness is greatly improved by a factor of 255 by reducing the area of the aperture from 10×10 to 1×1 cm² . The aperture filled with dielectric materials was also studied for shielding effectiveness. The coupled electric field inside the metallic container was round to be a nonlinear function of the relative dielectric constant of insulators filled in the aperture     

基于时频分析的电磁脉冲耦合效应研究*

为了解高功率电磁脉冲对电子系统的干扰与毁伤影响,利用基于Wigner鄄Ville 分布的时频分析方法对耦合进电子系统内部的电磁信号进行了特征分析。与单独的时域分析和频域分析相比,时频分析不仅能够得到信号的时域特征和频域特征,还能同时得到信号各频率分量随时间的变化情况。利用瞬态极化时频分析,进一步得到信号极化状态在时频域的分布。仿真结果表明,时频分析得到的结果更全面详细,可以根据时频分析得到的信号特征更加准确地指导电子系统的高功率电磁脉冲防护加固。     

双面含孔金属腔体屏蔽效能的快速计算

为研究双面含孔矩形金属腔体的屏蔽效能问题,运用矢量分解和等效传输线相结合的原理,给出了双面含单孔的矩形金属腔体内部中心点屏蔽效能计算方法,通过与电磁数值软件CST 的计算结果对比,验证了该计算方法的有效性,且耗时少、收敛快,运用该方法进一步研究了双面含孔阵矩形金属腔体屏蔽效能,得到了腔体内部多模谐振规律。在共振频率附近,腔体内中心点的耦合电场较强,当频率低于主频谐振时,屏蔽效能随着频率的降低而增大;在2GHz 频率范围内,腔体内部各个方向的屏蔽效能都存在多模谐振的现象,且谐振模式不相同;开有相同面积的孔阵屏蔽效能比单孔差,谐振模式变化不大。     

Shielding effectiveness of rectangular cavity made of a new shielding material and resonance suppression

New shielding material has become an alternative to traditional metal to shield boxes from electromagnetic interferences. This article introduces the theory of transmission line method to study the shield boxes made of a new sort of material, and then expands the fundamental formulas to deal with the cases of multiple holes and polarization with arbitrary angle. By means of genetic algorithms with the aid of a three dimensional simulation tool, the damping of electromagnetic resonances in enclosures is researched. The computation indicates that under resonant frequency, electromagnetic resonance results in low, even negative shielding coefficient; whereas, for the same areas, shielding effectiveness of a single hole is worse than that of multiple holes. Shielding coefficient varies when polarization angle increases, and the coupled field through the rectangular aperture with the long side parallel to the thin wire is much weaker than that with the long side vertical to the thin wire. By using the metallic-loss dielectric layer of optimized calculation on the internal surface of the cavity, the best result of resonance suppression has been realized with the same thickness of coating. Finally, according to the calculation result, suggestions for shielding are proposed.     

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.     

On the interaction of electromagnetic fields with wire cagestructures

The authors address the problem of the interaction of electromagnetic fields with wire cage structures. The two canonical shapes considered are cubes and cylinders. The motivation for this work comes from a need to investigate electromagnetic field coupling (transient or broadband CW) to communication facilities or buildings with metallic rebar elements in the perimeter walls. Coupling calculations are performed by using NEC-2 computer codes and the experiments were performed at the Swiss MEMPS facility. MEMPS is a hybrid type of nuclear electromagnetic pulse (NEMP) simulator consisting of an impedance loaded elliptical structure with either a transient or a broadband CW excitation. Both types of excitations have been used in experimentally studying the coupling characteristics. In the case of cylindrical wire cage structures, both polarizations, i.e., incident electric field and incident magnetic field parallel to the cylinder axis, have been investigated. Good agreement is seen between the computed and measured result