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超宽带电磁脉冲对腔体孔缝耦合效应的数值模拟

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强激光与粒子束 2010年第12期22卷 2959-2963页

作者：肖金石刘文化张世英张金华海军工程大学电子工程学院武汉430033 海军装备研究院北京100161

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... 详细信息

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。

关键词：超宽带电磁脉冲对腔体孔缝耦合耦合效应数值模拟 electromagnetic pulse wide band 增强效应时域有限差分法入射角度不同脉宽研究对象数值研究入射脉冲耦合系数脉冲干扰共振效应分布规律

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仪器电磁屏蔽光窗孔缝耦合特性研究

仪器电磁屏蔽光窗孔缝耦合特性研究

作者：曹瑾璇哈尔滨工业大学

学位级别：硕士

电子仪器设备面对日益复杂的空间电磁环境容易受到电磁波干扰,使用屏蔽腔对其进行防护不仅可以阻隔外界电磁波,还可以防止内部仪器工作产生的电磁波进入外界环境。但在实际应用中,当屏蔽腔/机壳内部设备需要与外界进行视觉信息交互时,... 详细信息

电子仪器设备面对日益复杂的空间电磁环境容易受到电磁波干扰,使用屏蔽腔对其进行防护不仅可以阻隔外界电磁波,还可以防止内部仪器工作产生的电磁波进入外界环境。但在实际应用中,当屏蔽腔/机壳内部设备需要与外界进行视觉信息交互时,腔体表面需要设置透明光学窗,常规透明材料制成的光窗没有电磁屏蔽能力,导致屏蔽腔的屏蔽性能严重下降;透明电磁屏蔽材料本身的光电性能研究很多,但很少有文献将电磁屏蔽材料用于屏蔽腔的屏蔽光窗,并对其整体屏蔽性能进行研究。本文将金属网栅应用于屏蔽腔的光窗,对屏蔽腔的光窗设计、光窗安装方式、边缘处理等问题分别进行分析与讨论。本文首先讨论屏蔽腔的光窗设计规律,使用CST对常规光窗的尺寸、位置及入射波极化方式对腔体屏蔽效能的影响进行分析,并使用Robinson解析法及改进方法与仿真结果对比。接下来分析了屏蔽腔安装金属网栅电磁屏蔽光窗相比常规光窗对腔体屏蔽性能的改善作用,为了解决金属网栅微米量级特征尺寸与屏蔽腔分米量级尺寸的巨大差距造成难以计算的问题,提出等效仿真屏蔽光窗的方法,将金属网栅光窗等效为铝片,将光窗边缘缝隙等效为环形缝,并分析等效的可行性。仿真分析发现金属网栅光窗可以显著提高屏蔽腔的屏蔽效能,针对分析的屏蔽腔,在低频处约有13dB的屏蔽效能提升。在等效仿真的基础上,对屏蔽光窗相对屏蔽腔的具体安装方式进行探究。讨论电磁屏蔽光窗与屏蔽腔之间是否需要导电连接问题;对课题涉及的六种典型屏蔽光窗安装方式对腔体屏蔽效能的影响进行仿真分析;分析使用导电胶密封屏蔽光窗对腔体屏蔽效能带来的影响,发现使用导电胶安装可以使腔体近似达到理想屏蔽的效果。最后设计并制备具有光窗开孔的300×300×600(mm)的铝制屏蔽腔,制备了直径为57mm和100mm的金属网栅光窗样片,搭建了测量系统,在频段为500MHz-6GHz范围内对屏蔽腔进行实验测试;实验结果验证了仿真结论:屏蔽腔光窗垂直于电场极化方向的边长越短、在入射波极化方向对屏蔽光窗与屏蔽腔进行导电连接、金属网栅面靠近屏蔽腔侧壁、在光窗外侧加金属环板固定等均可提高屏蔽腔的屏蔽效能。实验表明,给实验屏蔽腔100mm光窗开孔安装金属网栅光窗,在2GHzGHz频段约有20dB的屏蔽效能提升。本课题的研究为有光窗需求的屏蔽腔设计提供了理论基础与设计安装思路,对仪器的电磁屏蔽防护具有重要意义。

关键词：电磁兼容屏蔽腔金属网栅屏蔽光窗孔缝耦合

微波脉冲与不同形状带矩形孔缝腔体耦合的数值模拟(英文)

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强激光与粒子束 2009年第12期21卷 1859-1865页

作者：刘强钱宝良朱占平湖南科技大学物理学院湖南湘潭411201 国防科学技术大学光电科学与工程学院长沙410073

利用时域有限差分法对微波脉冲与带矩形孔缝的矩形和圆柱形腔体两种系统的线性耦合过程进行了研究。首先用数值方法分析了耦合过程中的场增强现象、脉宽展开现象和腔体调制现象,并发现了耦合过程中微波脉冲存在频谱分离现象。当微波脉... 详细信息

利用时域有限差分法对微波脉冲与带矩形孔缝的矩形和圆柱形腔体两种系统的线性耦合过程进行了研究。首先用数值方法分析了耦合过程中的场增强现象、脉宽展开现象和腔体调制现象,并发现了耦合过程中微波脉冲存在频谱分离现象。当微波脉冲的电场与孔缝窄边平行时,借助耦合函数对两个系统内部耦合场的分布特性进行了研究,结果表明在与孔缝窄边垂直的平面内,越靠近腔体壁,耦合场越弱。此外,两种腔体内部的耦合场在腔体截面内均呈现准周期振荡分布,矩形腔体内部耦合场振荡的幅值较均匀,而圆柱形腔体内部耦合场幅值在其截面中心附近区域最大;除了孔缝附近区域外,圆柱腔体轴线两端的耦合场远大于矩形腔体相应的耦合场。最后,研究了孔缝耦合共振频率与孔缝尺寸的关系,结果表明系统耦合共振频率不只与孔缝尺寸有关,而是由孔缝尺寸和腔体形状及其对微波脉冲的反射特性共同决定。

关键词：微波脉冲孔缝耦合耦合函数孔缝耦合共振频率点系统耦合共振频率点

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多面开孔腔体孔缝耦合效应研究

现代雷达 2015年第7期37卷 48-52页

作者：陈旭来周东方胡涛焦彦维朗国伟信息工程大学信息系统工程学院郑州450001

为研究任意入射角度平面波对多面开孔腔体的孔缝耦合效应,根据矢量分析和矩形波导内场强分布对等效传输线法进行了改进,计算了多面开孔腔体内任意位置的屏蔽效能。将改进等效传输线法计算结果与CST仿真结果、实验测量结果进行比较,验证... 详细信息

为研究任意入射角度平面波对多面开孔腔体的孔缝耦合效应,根据矢量分析和矩形波导内场强分布对等效传输线法进行了改进,计算了多面开孔腔体内任意位置的屏蔽效能。将改进等效传输线法计算结果与CST仿真结果、实验测量结果进行比较,验证了改进等效传输线法的正确性,相比数值计算方法,改进等效传输线法所需计算时间和内存更少。采用改进等效传输线法对相同体积不同尺寸的多面开孔腔体的屏蔽效能进行了研究,结果表明:在相同体积下,腔体为正方体时的屏蔽效能和其他尺寸腔体的屏蔽效能基本一致,但是正方形的屏蔽效能极小值点大大减少,从而减少了电子设备受电磁干扰的几率。

关键词：高功率微波孔缝耦合等效传输线法电磁防护谐振频率

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直升机平台孔缝耦合仿真分析

电光与控制 2016年第4期23卷 101-104页

作者：刘英黄军玲谢家雨中国民航飞行学院航空工程学院四川广汉618307

在切向矢量有限元软件HFSS中,对某直升机在电磁辐射环境下进行了孔缝耦合的仿真。模拟了飞机由于外部加改装所需开孔的大小和数量,并对直升机外加发射源干扰,来反映机内电磁环境对飞机机载电子设备的影响。对孔缝耦合进行仿真,将仿真结... 详细信息

在切向矢量有限元软件HFSS中,对某直升机在电磁辐射环境下进行了孔缝耦合的仿真。模拟了飞机由于外部加改装所需开孔的大小和数量,并对直升机外加发射源干扰,来反映机内电磁环境对飞机机载电子设备的影响。对孔缝耦合进行仿真,将仿真结果与DO-160F标准进行比对分析。同时,研究了机内辐射能量与频率、相位的关系,以及机身不同位置下的辐射能量。通过数值分析和仿真结果得出规律性结论,为直升机加改装设备开孔提供理论依据。说明孔缝耦合的电磁仿真分析在航电系统电磁防护的工作中具有重要的指导意义。

关键词：直升机机载电子设备孔缝耦合电磁环境 HFSS

基于孔缝耦合的可定位无线式弹载存储测试系统研究

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基于孔缝耦合的可定位无线式弹载存储测试系统研究

作者：周瑞卿南京理工大学

学位级别：硕士

炮弹、导弹等武器在研发过程中需要进行大量的试验来验证相关性能是否满足设计指标。虽然弹载存储测试技术日趋成熟,但仍存在试验后存储测试装置落点搜寻困难,回收与数据读取效率低下等问题。针对该问题目前最常见的解决方案是将定位技... 详细信息

炮弹、导弹等武器在研发过程中需要进行大量的试验来验证相关性能是否满足设计指标。虽然弹载存储测试技术日趋成熟,但仍存在试验后存储测试装置落点搜寻困难,回收与数据读取效率低下等问题。针对该问题目前最常见的解决方案是将定位技术和无线通信技术融合进传统的存储测试技术里,采用弹射法解决金属弹体对无线信号的屏蔽问题。但该方案的不足之处是需要与弹体试射无关的弹射装置且非全弹道测试。根据实际工程需要,本文提出了一种基于孔缝耦合的可定位无线式弹载存储测试系统方案,为上述问题的解决提供了新的思路。分析了等势体的静电屏蔽效应,基于巴比涅原理研究了电磁波在具有孔缝的封闭金属空腔内外的耦合特性。借助CST软件建立金属圆柱型弹体模型与狭缝模型,基于控制变量法进行有限元仿真,在GPS与4G信号频段内确定缝隙的长度、宽度、深度、缝隙填充介质、天线安装位置等参数对孔缝耦合效应的影响。之后基于Solidworks软件设计模拟弹缝隙与存储测试装置的机械结构。从硬件和软件两方面提升多模式定位模块MAX-M8Q的性能。硬件优化主要在于防静电保护和天线接入端的抗干扰研究。软件方面主要在于采用闭环控制法优化定位模块的启动性能以及采用空闲中断法优化NMEA-0183协议数据帧的接收。基于4G数传模块通过云服务器透传数据,大大提升了目前存储测试系统的通信距离与可靠性。此外,采用“乒乓存储算法”优化了存储效率;对系统进行了低功耗设计与抗过载研究;并基于QT开发了上位机软件,基于JS开发了具备纠偏功能的地图工具。通过各模块实验及整机上弹实验,对本课题设计的存储测试装置的性能及指标进行了考核。实验结果表明,该装置在无沙土掩埋时静态定位误差不超过3米,沙土掩埋时静态定位误差不超过20米;抗过载性能满足10000g;并能实现远距离无线数据回收。

关键词：弹载存储测试孔缝耦合电磁场有限元仿真 4G 定位

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金属舱近场孔缝耦合特性数值分析

电讯技术 2014年第3期54卷 368-373页

作者：伍虹霖尹浩孟海军谈学超谭坚文重庆通信学院重庆400035 中国电子设备系统工程公司研究所北京100141

为分析和解决车载天线对舱内电子设备电磁干扰的问题,建立了全尺寸金属舱模型,运用基于时域有限积分法的商业软件CST,重点分析了孔口形状、开孔与辐射源的间距及相对位置对孔缝近场耦合特性的影响,并对比了典型孔缝结构所造成的近场电... 详细信息

为分析和解决车载天线对舱内电子设备电磁干扰的问题,建立了全尺寸金属舱模型,运用基于时域有限积分法的商业软件CST,重点分析了孔口形状、开孔与辐射源的间距及相对位置对孔缝近场耦合特性的影响,并对比了典型孔缝结构所造成的近场电磁泄漏,系统建立了孔口形状、开孔与辐射源的间距、相对位置以及孔缝结构类型等4个因素与孔缝近场耦合强度之间的数值关系。所得结论有利于指导车载天线及舱内设备的布局。

关键词：车载天线金属舱近场孔缝耦合时域有限积分法

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高功率微波孔缝耦合的研究

高功率微波孔缝耦合的研究

作者：金开涛华东师范大学

学位级别：硕士

高功率微波(HPM)的能量很大,一旦通过设备表面孔缝耦合进入设备内部,将产生很大的破坏。因此,高功率微波与带有孔缝腔体的耦合问题一直是电磁兼容领域的研究热点。本文根据电磁兼容原理,通过红外制导导弹的近似模型,研究高功率微波的孔... 详细信息

高功率微波(HPM)的能量很大,一旦通过设备表面孔缝耦合进入设备内部,将产生很大的破坏。因此,高功率微波与带有孔缝腔体的耦合问题一直是电磁兼容领域的研究热点。本文根据电磁兼容原理,通过红外制导导弹的近似模型,研究高功率微波的孔缝耦合及其防护技术。首先建立红外制导导弹腔体及其内部装置和电路系统的近似模型,利用HFSS电磁仿真软件,对近似模型进行高功率微波孔缝耦合效应的数值仿真,获得了红外制导导弹腔体及其内部电路系统的电磁场分布。研究结果表明,耦合进入模型内部的电磁场场强很大,将对模型内部设备以及电路系统造成破坏。考虑到模型结构的特殊性,本文对截止圆波导阵列金属铜网等六种电磁干扰的防护结构进行了研究。研究发现,防护结构中圆波导的孔径、相邻间距以及结构的厚度等都会对屏蔽效能产生一定的影响,六种防护结构中有四种结构都能实现对高功率微波良好的防护。其中双层孔阵错位排列的截止圆波导阵列金属铜网结构和截止圆波导阵列金属铜网一金属铜膜的混合结构防护效果更好。

关键词：高功率微波孔缝耦合有限元法近似模型防护结构截止圆波导

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金属屏蔽腔体的孔缝微波耦合特性研究

金属屏蔽腔体的孔缝微波耦合特性研究

作者：张强西安电子科技大学

学位级别：硕士

在当今日益复杂的电磁环境下，为了电磁兼容性的需要以及防护电子设备可能受到的微波毁伤，屏蔽技术广泛应用，然而电磁干扰仍然能够以孔缝耦合等形式进入腔体内部从而对电子设备进行骚扰甚至毁伤。本文对金属屏蔽腔体的孔缝微波耦合... 详细信息

在当今日益复杂的电磁环境下，为了电磁兼容性的需要以及防护电子设备可能受到的微波毁伤，屏蔽技术广泛应用，然而电磁干扰仍然能够以孔缝耦合等形式进入腔体内部从而对电子设备进行骚扰甚至毁伤。本文对金属屏蔽腔体的孔缝微波耦合特性进行了研究，首先分析了电磁干扰与电磁屏蔽的基本原理，讨论了几种目前应用于孔缝耦合问题的电磁场数值计算方法，然后使用基于有限元法编制的HFSS软件分别对金属屏蔽腔体装载以及没有装载PCB时的屏蔽效能进行了模拟仿真分析。本文在验证了已有的一些相关研究成果的基础上，对影响金属屏蔽体屏蔽效能的最主要因素进行了讨论，并将入射波电场极化方向与入射角度对屏蔽体屏蔽效能的影响归纳到对孔缝在平行于磁场方向上投影长度的影响上;本文还通过仿真研究了一种特殊的孔阵——截止波导管式的蜂窝板对于腔体屏蔽效能的影响;对于双层屏蔽的情况，给出并比较了矩形孔阵的几种改进措施;本文分别对装载于屏蔽体内部的PCB的有耗介质层、导体金属层进行了仿真分析，并在双介质板紧邻模型基础上计算了一条金属微带线上感应电流的情况。本文的研究成果对于指导电磁防护具有一定的意义与价值。

关键词：孔缝耦合屏蔽效能有限元法微波毁伤