窄缝屏蔽耦合的研究
丹达河水电站窄缝消能研究
２１ ０ １年 ６月
人
民
黄
河
Ｖｏ ． １ ３３． ｏ． Ｎ ６
ＹＥＬＬＯＷ ＲＩ ＶＥＲ
Ｊ ｎ ２ １ ｕ ．， ０ ｌ
【 利 水 电工 程 】 水
丹达河 水 电站窄缝 消能研究
张叶林 ， 邓 军 ， 刘 军 ， 小 燕 钱
（ 四川大学 水力学与 山区河流开发保 护国家重点实验 室， 四川 成都 ６０ ６ ） １０ ５
和 冲坑形态 。
特性 、 消能特性 ， 以及对 下游 河床 冲刷情 况 的研究 已经取得 了
较 多成果 。 ， 并在许多实 际工程 中得到 了运用 。窄缝 消
能工 主要运用岸边溢洪道 的挑流出 口消 能 ， 而较 少采用 坝身泄 洪设 施消能 。对于坝身 泄洪 的水 电站 （ 如二 滩 、 溪洛 渡等水 电
同时为 了减小水流在流道 内的突变状况 ， 收缩段 长度加 大到 将
１ 将 出 口宽度减小为 １ ８ｍ， ０ｍ， ． 使水 舌横 向收缩 更多 、 向拉 纵 开范 围更大 ， 而减 弱水 舌 碰撞 ， 从 减小 单 宽入 水 流量 ， 加 消 增
能率 。
收稿 日期 ：０Ｏ ０ － ５ ２ １ ～ ８２ 作者简介 ： 张叶林（ ９６ ） 男， 庆万 州人， 士研 究生 ， 究 方向为 水工水 １８ 一 ， 重 硕 研 力学。 通讯作者 ： 邓军（ ９ ３ ） 男， １７ 一 ， 教授 ， 士。 博
会造成泄 流能力下降 ， 而且 很 可能使 落水 冲击 岸坡 ， 床不 断 河 遭到淘刷 ， 甚至会威胁到大坝 的安 全 。随着 各种新 型消能工 在 工程 中的应用越来越多 ， 窄缝 挑坎消能工 及其与其他 形式 的消
缝隙对屏蔽效能的影响分析
电磁兼 容设计 方法¨ 多 ，大体可 以分 为接地技术 、Ｐ Ｂ设计 技术 、屏蔽技 术和滤波技 术 ，其 中以屏蔽技术 艮 Ｃ 最为直观方 便 、经 济 ，且效果最 为 明显 ，这是 防止电磁泄露 的最基本 方式 ，也 是 电磁兼 容检测过程 中经常使用 的 手段 。这 已经被 广大设计 人员所认 识 ，但 是设计 时往往 不得要领 ，明显 表现 为没有充 分认识到孔缝 （ 属箱体 上 金 的螺钉 间距大小 、金属接 触面之 间 由非导 电氧化 镀层造 成的缝 隙 、数据 线或 电源线进 出机箱 的穿孔等 ） 电磁 泄 与
露 量 和泄 露 频 率 的 关 系 。 屏 蔽 效 能 是 描 述 屏 蔽 体 射 频 泄 漏 程 度 的 物 理 量 ，与 屏 蔽 体 的 材 料 、孔 缝 结 构 以 及 入 射 场 的 频 谱 直 接 相关 ，是
ห้องสมุดไป่ตู้
频 率 的函数 。国 内外通过 平面波 的孔缝耦合 研究箱 体屏蔽效 能 的论 文［５ ２１ － 很多 。本文 以一 个常见 的带简单缝 隙的 矩形机 箱为例 ， 从电磁兼容设计 的角度 对金属 箱体缝 隙的电磁泄露 情况进行 理论分 析 ， 并利用全球 领先的系统级 容性仿 真分析 软件 Ｓ ｆ ａｅ Ｆ Ｏ Ｅ 【，通过仿 真计算 比较不 同长度缝 隙与泄露 波长的关 系 ，定 量分析缝 隙对 ｏ ｗ ｒ Ｌ ／ＭＣ６ ｔ 】
第 ６卷
第３ 期
信 息 与 电 子 工 程
Ｉ ＮＦＯＲＭ ＡＴＩ ＯＮ ＡＮＤ ＥＬ ＴＲＯＮＩ ＥＣ Ｃ ＥＮＧＩ ＥＲＩ ＮＥ ＮＧ
Ｖｏ ． Ｎｏ． １ ６， ３
２０ ０ ８年 ６月
Ｊ ｎ． ２ ０ ｕ ，０ ８
文 章 编 号 ：１ ７ － ８ ２ ２ ０ ）３ ０ ７ －４ ６ ２ ２ ９ （０ ８０ － １ ６ ０
窄缝耦合共振特性分析_陈修桥
文章编号:1005-6122(2003)01-0047-05窄缝耦合共振特性分析陈修桥 张建华 周彬(电子工程学院,合肥230037)摘 要: 应用时域有限差分法模拟了正弦波和电磁脉冲对窄缝的耦合过程,计算了直缝和扭曲缝的耦合穿透功率和能量。
通过分析窄缝的耦合传输系数变化曲线,得出窄缝发生耦合共振的条件和规律。
并通过直缝与扭曲缝耦合情况的比较,表明了扭曲缝具有较好的电磁防护能力。
关键词: 时域有限差分法,耦合效应,扭曲缝,共振Analysis of Resonant Characteristic on Narrow Slot CouplingCHEN Xiuqiao ,ZHANG Jianhua ,ZHOU Bin(Electronic Engineering I nstitute ,Hefei 230037)Abstract : T he coupling pro cesses of sine w ave and electromagnetic pulse with narrow slots are simulated byusing the finite difference time domain (FDT D )method .The energy ,penetrating through straight slo ts and tortuous path slots is calculated .By analy zing the coupling transmission coefficient of nar row slo ts ,the coupling reso nant characteristic of narrow slots is obtained .Besides ,the results sho w that tortuous pa th slots are more efficient for electromag netic shielding compared w ith straig ht slo ts .Key words : Finite difference time domain (F DT D )method ,Coupling effect ,T or tuous path slo ts ,Resonance1 引言研究电磁波对窄缝的耦合问题由来已久,早在20世纪80年代初,R .F .Harring ton 等〔1〕应用等效传输线理论计算了单色平面波对有限厚无限大导电平板上二维窄缝的耦合问题。
基于CST的串馈强耦合式波导窄边缝隙平面阵列天线与设计概要
基于CST的串馈强耦合式波导窄边缝隙平面阵列天线与设计波导窄边缝隙平面阵列天线以其优越的性能已成为各种飞行器雷达天线的首选形式。
此类天线主要包括辐射波导和耦合馈电波导两部分。
设计辐射波导,传统的方法是通过实验来确定不同倾角和不同切口深度的缝隙对应的电导数据。
这需要加工多根试验件来进行测试,每个试验件对应不同的角度和深度。
其最大的不足就是工作效率较低,设计精度不高。
而耦合馈电波导的设计,一般采用“串联馈电”的形式。
传统方法中,耦合馈电波导的设计也采用窄边缝隙的形式,每个耦合缝隙对辐射波导均为“弱耦合”。
但是实际的应用中,受体积、重量因素的限制,辐射波导的数目不可能太多,这种“弱耦合”的馈电方式将严重影响到馈电的效率。
针对以上两个问题：1)本文在传统实验法的基础上,结合现代电磁计算软件(CSTMicrowave Studio),提出计算机辅助设计的方法。
这种方法可以大大提高设计精度和工作效率,节约设计成本。
2)采用串联E-T分支的“强耦合”馈电方式。
从而兼顾馈电效率和天线体积、重量的要求。
另外,本文以西安恒达微波技术开发公司研制的“XXX低空目标指示雷达天线系统”发射部分为例,通过仿真计算、实际加工、测试,对上述方法进行验证。
实验表明,以上方法有效、可行。
同主题文章[1].李知新,任朗. 矩形波导窄边缝隙分析方法述评' [J]. 电波科学学报. 1999.(02)[2].夏克金,杨弃疾. 波导窄边缝隙天线的精确数值分析' [J]. 电子学报. 1991.(06)[3].李知新. 波导窄边缝隙阵天线的缝隙导纳的简易测量方法' [J]. 电子与信息学报. 1985.(03)[4].葛悦禾. 频扫低副瓣波导窄边缝隙平面阵列天线的研究' [J]. 雷达与对抗. 1997.(02)[5].郑雪飞. 波导窄边缝隙天线频带特性分析' [J]. 现代雷达. 2005.(06)[6].朱丽,贾铂奇,龚文斌,杨根庆. 通道响应失配对星载平面阵列多波束天线波束成形的影响' [J]. 无线通信技术. 2007.(01)[7].郎建国. 接收卫星广播的一种自动跟踪平面阵列天线' [J]. 电视工程. 1997.(03)[8].陈述泉. 毫米波平面阵列天线' [J]. 电讯技术. 1983.(04)[9].王珊,曾刚,阮成礼. 平面阵列天线轴线能量的慢衰减特性' [J]. 微波学报. 2006.(06)[10].谭贵红. 机动型雷达平面阵列天线的结构设计' [J]. 雷达科学与技术. 2001.(03)【关键词相关文档搜索】：信号与信息处理; 波导窄边缝隙阵列天线; 串联馈电; CST Microwave Studio【作者相关信息搜索】：西北大学;信号与信息处理;高宝建;任宇辉;。
窄缝腔体的电磁耦合特性仿真研究
物体 表面 的 网格上 ． 电磁 辐射就 可通 过 电流密度计 算得 到． ２ １ 物 理模 型 的建立 ． 物理模 型 如 图 １ 示 ， 形 箱 体 尺 寸 为 ４ ０ｍＦ ×２ ０ 所 矩 ０ ｌ ０ ｌ
注波 长相 比很 小（ 常为波 长 的 １／ ｏ 的元 ， 通 １） 因此 ， ＭＯＭ 在 使 用 计算 机资 源方 面特别 有效 ．
图 １ 矩形 腔 体 的物 理 模 型
收 稿 日期 ：０ ００ —０ ２ １ —４２ 基金项 目： 国际 科 技 合 作 计 划 项 目资 助 课 题 （０ ７ Ｆ １ ５ ） ２ ０ Ｄ Ａ７ ２Ｏ 通 讯 作 者 ： 建 红 ， － ｉ ｊ ｎ ｏ ｇ ａ＠ ｎｅ ｕ ｅｕ ｃ ． 郝 Ｅｍａ ：ａ ｈ ｎ ｈ ｏ ｃｐ ． ｄ ．ｎ ｌｉ
体 中心 点为观 察点 ， 变电磁 波的 照射方 向 以及极 化 方向 ， 比分析其 耦合 特性． 改 对 实验 结果表 明 ：
对 于矩形 孔缝 ， 当极化 方向垂 直 于窄缝长 边时 ， 生共 振 效应 ， 共振 频 率 附 近一 定 带 宽 内耦 合 发 在
效应 最 大 ， 并在 共振 频 率处存 在着场 增 强效应．
取箱体 几何 中心点 为观察点 ， 固定入射方 向平行 于于窄缝 所 在平 面 ， 时极化 方 向有 三 种情 况 ： 直 此 垂
关键 词 平 面波 ，窄缝 ， 耦合 ，共振效 应
中图分 类号
０ ４ ． ４ １５
文献 标志码
Ａ
文章编 号 １ ７— ６ ４ ２ １ ） ４０ ５ —４ ６ ２６ ３ （０ ０ ０ —０ ９０
波导窄壁缝隙耦合等路径功分器设计
３２ 计算缝 隙倾 角 ．
端接匹配负载。每一缝耦合相对功率是相同的 ，即
Ｐ Ｐ ｆ Ｎ Ｎ
＝
…
…
＝
牛 一 ＝Ｐ Ｐ … １
由 （ ）式得 到 ５
苦： Ｍ （ 告）
离负载最近的缝隙耦合功率是
Ｒ （ １１ ｌ ／ ｅ ＶＶ＊ ２＝尸 一 Ｙ） １
负载 吸收功 率为
（ ６ ）
（） ７
ＲｅＶＶ＂ｏ， （ ｌＩ ） ２＝ Ｇ
Ｂ
Ｏ
图 ｌ 等路 径 功分 器几何 关 系
Ｏ八 一科技
波导 窄壁 缝隙 耦合等 路径 功分 器设计
・ ７・ １
假设 各缝 隙耦合 产生 的 附加相位 一致 ．根 据 图 １ 几何 关 系有 Ａ Ｎ＋＾ ＋Ｆ ＋ＭＤ＝Ａ Ｂ Ｅ Ｍ Ｂ＋ Ｅ＋ Ｃ 将Ａ Ｎ＝Ｂ Ｅ，Ｅ Ｃ＝ＭＤ代入 上式 ，即得 ⅣＦ＋Ｆ ＝Ａ Ｍ Ｂ
工作频率 、功率容量 、损耗等具体指标要求而定。波导窄壁缝隙耦合功分器具有馈电结构
简单 、功 率容量 大 、损耗 低 、工作 频带 宽等优 点 。本 文 将结合 波导 缝 隙天线 的设计 方法 对
波导 窄壁 缝 隙耦 合 功分器 进行设 计 。 由于波 导窄壁 缝 隙耦合 功分 器采用 串馈方 式 。要实 现
．
１ ６・
波导 窄 壁缝隙 耦合等 路径 功分 器设计
０八 一科技
波导窄壁缝隙耦合等路径功分器设计
汪波 梅 飞 白珂
（ 八 一 电子集 团有 限公 司 四川广 元 ６ ８ １ ） 零 ２ ０７
摘 要 ：本 文介 绍 了波 导 窄壁缝 隙耦 合 等路 径 功 分 器功分 器 的设计 方 法 。采 用等路 径 方 法保 证各 输 出端 口相位一 致 ，文 中给 出 了缝 隙谐振 电导的理 论推 导及 计 算公 式 ，并采 用仿 真软 件 的方法 对缝 隙倾 角和谐振 长 度进行 设计 和优 化 ，大大
窄缝耦合的快速估算法
１ 磁 偶 极 子 模 型
在 小孔耦 合理 论 中 ， 于 尺寸 远小 于波 长 （ 缝 最 大尺 寸 小 于 １ １ 对 孔 ／ Ｏ波 长 ） 的孔 缝 ， 常 将 孔 缝 等 效 为 电偶 通 极 子和磁 偶极 子 ， 已有 文献 给 出 了一些 常 见 孔缝 的极 化 系 数 和 磁 化 系数 经 验 公式 。对 于 电子 设 备上 常 见 的窄缝 如金属 板搭 接缝 等 ， 高功 率微 波源 常用 波段 内 ， 在 这类 缝 的宽 度通 常小 于 １ １ ／ ０波 长 ， 缝 的长 度则 与波 而 长可相 比拟甚 至远 大 于波 长 ， 在严 格意 义上这 类 缝不 能视 为 电偶 极子 或 磁偶 极 子 ， 为 了近 似计 算 ， 但 本文 将 这
中图分类号 ｌ Ｔ １ ＮＯ 文献 标 志码 ： Ａ
金属腔 体孔 缝 的屏 蔽效 能 或耦合 系数 的求 解 方法 大 致 有 ４种 ： １种 是 数值 计 算 法 ＿ ］ 较 适 合 于计 算 宽 第 ｌ，
缝 的耦 合 ； ２种 是 等效 电路 法 ［ ］ 其 缺点 是 只能计 算单 个 孔缝 、 体 中心线 上 的 、 向 电场分 量 的耦 合 系数 ； 第 ５， 腔 横
公 式将产 生很 大误 差 ， 为此 ， 文根 据能 量关 系 （ 入腔 体 内 的能 量等 于 磁偶 极 子 的 总辐 射 能 量 ） 推 导 了可 用 本 进 ，
于 细长缝 的磁化 系数 公 式 。磁 偶极 子的辐 射 功率 为
Ｐ 一 ㈩
式 中 ： 为真 空磁 导率 ； 为 磁偶 极子 振荡 频率 ； 为磁 偶极 子 的磁 矩矢 量 ； ｍ ｃ为光 速 。
类 缝也等 效为偶 极 子 ， 由于 缝 宽远小 于缝 长 （ 长宽 比大 于 １ ） 因 此 可 以忽 略 沿缝 隙窄 边 方 向的 磁 化 和垂 直 于 ０，
一种基于缝隙天线阻抗的带缝腔体谐振频率计算方法
一种基于缝隙天线阻抗的带缝腔体谐振频率计算方法陈珂;杜平安;任丹【摘要】An efficient and accurate technique based on the impedance theory of cavity-backed slot antenna is introduced to calculate the resonant frequencies of a rectangular enclosure with a slot on itswall.Expressing electromagnetic fields in terms of cavity Green's function inside the enclosure and the free space Green's function outside the enclosure,an integral equation for equivalent magnetic current is obtained by enforcing the boundary condition across the slot.The Method of Moments is used to solve the integral equation for the input impedance.We can get resonant frequencies from the zero reactance or the minimum resistance on the frequency-impedance curves.Our method is verified successfully by experimental results and CST.The effects of the cavity size,of the slot length,and of the slot offset on the resonant frequency are discussed.%电磁波经缝隙进入机箱腔体后,会在某些频率点形成驻波而发生电磁谐振,导致腔体屏蔽效能急剧下降.为快速准确预测谐振频率以指导屏蔽腔体设计,本文基于缝隙天线阻抗理论提出一种带缝腔体谐振频率的计算方法.将电磁场用自由空间和腔体格林函数表示,根据缝隙处的边界条件建立等效磁流源的积分方程.通过矩量法求解积分方程,计算出腔体输入阻抗.根据谐振发生时电抗为零或电阻最小,可从频率-阻抗曲线获得谐振频率.本文方法不仅能预测缝隙谐振和低阶模式腔体谐振,还能预测出高阶谐振.与实验和CST仿真结果对比验证了本文方法的准确性及快速性.最后用本文方法分析了腔体和缝隙尺寸以及缝隙位置对谐振频率的影响.【期刊名称】《电子学报》【年(卷),期】2017(045)001【总页数】6页(P232-237)【关键词】缝隙天线;谐振频率;屏蔽机箱;矩量法【作者】陈珂;杜平安;任丹【作者单位】电子科技大学机械电子工程学院,四川成都611731;电子科技大学机械电子工程学院,四川成都611731;电子科技大学机械电子工程学院,四川成都611731【正文语种】中文【中图分类】TM153电子设备机箱由于装配等原因不可避免地存在缝隙，缝隙是影响机箱屏蔽效能的重要因素.电磁波经缝隙进入机箱腔体后，会在某些频率点形成驻波而发生电磁谐振，导致腔体屏蔽效能急剧下降，甚至出现屏蔽效能为负.因此，如果电子设备的工作频率位于谐振频率附近，则将受到高强度的电磁干扰.为避免电磁谐振发生，快速、准确预测带缝腔体的谐振频率是必要的.文献[1]指出带缝腔体内部不可避免地存在腔体谐振、孔缝谐振及腔体-孔缝耦合谐振.文献[2～4]分别从实验、仿真和理论分析角度研究了缝隙谐振，推导了缝隙谐振频率计算公式.文献[5]提出包含孔缝耦合效应的BLT方程，预测出了腔体谐振模式.文献[6]提出了计算矩形腔体自然谐振频率的公式，可以准确计算腔体谐振频率，但没有考虑孔缝影响.文献[7]提出的等效电路模型能快速计算带孔缝腔体谐振频率，但只能预测出TE10模式的谐振频率，不能预测高阶模式的谐振频率.文献[8]运用广义网络方法研究了孔腔谐振发生的条件，即总的输入阻抗为零.电子机箱内部一般都有PCB，各种类型的凸台、凹槽等微小结构，这些内部结构会使空腔中电磁场的分布和谐振频率发生改变[9,10].文献[11]以PCB为干扰源研究了带孔机箱的电磁辐射特性；文献[9,12]从微扰理论的角度分析了内部扰动对谐振频率偏移的影响.本文为了分析缝隙结构和腔体尺寸等因素对谐振频率的影响，忽略了腔体内部结构的扰动，研究对象为空腔上开有窄缝.从电磁谐振原理出发，根据谐振发生条件，基于缝隙天线阻抗理论提出一种快速准确计算开有窄缝矩形腔体谐振频率的方法.缝隙处的场由磁流源等效并由一系列分片正弦基函数展开，在缝隙处用格林函数方法建立积分方程，并通过矩量法求解出总的输入阻抗，从频率-阻抗曲线上就可获得谐振频率.输入阻抗可表示为频率、腔体和缝隙尺寸及位置的函数，可以方便地研究腔体结构参数对谐振频率的影响.利用本文方法能预测出宽频带内所有缝隙谐振和腔体谐振.实验和CST的仿真结果验证了本文方法的准确性及快速性.图1为一矩形腔体正面，面上开有一条窄缝.腔体尺寸为a×b×c，缝隙尺寸为L×W，缝中心离坐标轴距离为xd和yd.(x,y,z)和(x′,y′,z′)分别为场点和源点坐标.对于窄缝(k0W<<1，W<<L)，可只考虑垂直缝长边的电场，因此忽略横向磁流源分量Mx，只考虑纵向磁流源分量My.缝由位于缝中心的电流源激励.首先，在窄缝区域应用磁场连续边界条件式中，上标u和c分别表示半空间和腔体，I0是电流源的终端电流.利用格林函数建立积分方程，∬s0[2Gf(x,y;x′,y′)+Gc(x,y;x′,y′)]My(y′)ds′=I0δ(y-y0)式中，Gf和Gc分别为自由空间和腔体格林函数.s0为缝隙区域，因子2用于考虑镜像的影响.其中，式中，.·cos(kxx′)sin(kyy)sin(kyy′)式中，，运用矩量法求解积分方程(2)，将磁流源My(y)用一系列分片正弦基函数(PWS)展开式中，yn=-L/2+nd,d=L/(N+1)，k0为自由空间波数，Vn是待求的未知系数.将式(5)代入式(2)，得=I0δ(y-y0)为了简便，令I0=1.使用Galerkin方法，将式(7)写成矩阵形式，式中，和分别为自由空间导纳和腔体导纳，表达式为∬s0∬s0fm(y)Gf,c(x,y;x′,y′)fn(y′)dsds′自由空间导纳可由文献[13]得出，计算腔体导纳时可用文献[14]的分析方案简化积分求解.带缝腔体的输入阻抗Zin表示为电压与电流的比值式中，则Zin可写成自由空间导纳和腔体导纳求出后，由矩阵方程(8)即可求出未知系数Vn，代入式(12)就可求出总的输入阻抗Zin.Zin可表示为频率、腔体尺寸、缝隙尺寸及位置的函数，其他参数固定时就可得出Zin与频率的关系曲线，其中Zin虚部(电抗)的零值点处以及实部(电阻)的极小值点对应谐振频率.表1中给出了3种带缝腔体的尺寸参数.Long实验模型[15]是背腔式缝隙天线，为了将本文方法计算的阻抗与Long的实验结果进行对比，文中假设腔体上的缝位于无限大接地导电平面上.针对腔体1，结果如图2所示.从图2中可以看出，电抗曲线的零值点处对应着谐振频率，两种方法得出的谐振频率差别很小，误差在2%以内.虽然本文方法与实验结果在幅值上存在差异，但阻抗曲线的大体趋势是一致的，说明用本文方法来预测谐振频率是有效的.针对腔体2和腔体3，对本文方法计算的谐振频率进行分析，并与CST仿真软件结果进行对比，其中窄缝分别位于腔体正面的中心和偏离中心的位置.图3和图4给出了本文方法计算的频率-阻抗曲线，表2和表3对比了本文方法和CST及腔体自然谐振频率计算公式[6]的计算结果，腔体自然谐振频率计算公式为在图3、图4的频率-阻抗图中，谐振频率用fn标记.图中红色曲线的零值点(电抗为零)及蓝色曲线的极小值点(电阻为极小值)对应谐振频率，分别为受迫谐振和腔体自然谐振[13].受迫谐振是腔体和缝隙相互耦合产生的，而在腔体自然谐振时，缝隙处切向电场接近0，使缝隙与腔体之间的耦合很弱，导致输入电阻非常小.表2和表3中，谐振频率值后面的括号中标出了相应的谐振形式，其中缝隙表示缝隙谐振，mnp(m、n、p分别为x、y、z方向的模式数)表示腔体谐振.谐振频率对应的谐振形式可由CST的场分布图得出，缝隙谐振和腔体谐振的场分布如图5所示.从表2和表3可以看出，对于两种腔体，本文方法计算的谐振频率与CST结果非常吻合，并且谐振点处谐振形式也一致.腔体2中，f1处表现为缝隙谐振，对应着零电抗值.其他则表现为腔体谐振，对应着零电抗值或电阻的极小值，且谐振频率接近腔体自然谐振频率.腔体3与腔体2相比，由于缝偏离中心的影响，激起了更多的腔体模式.根据文献[3]中提出的孔缝共振公式可知，f1为缝隙谐振的基频，f6处的谐振频率接近缝隙谐振基频的3倍，同时又接近腔体模式(mnp=032)的谐振频率，所以缝隙谐振和腔体谐振都很明显. 文中是用MATLAB直接对矩阵方程求解，但是对矩阵进行分析可以有效减少矩阵单元的计算时间.自由空间导纳矩阵满足Yf(m,n)=Yf(n,m)且Yf(m,n)=Yf(m-1,n-1)，所以在计算时只需计算第一行或者第一列的N个元素，而矩阵的其他元素分别与这N个元素相同.同理，将腔体导纳矩阵写成(m,n)，其中(m,n)与具有相同的性质，而Y″c(m,n)满足(m-1,n+1)，计算时需计算2N-1个元素.针对腔体2，本文方法和CST仿真软件的计算时间分别为61s和335s，说明本文方法的计算效率更高.文中使用的计算机配置为：处理器Intel(R) Core(TM) i5-3230M CPU @2.60GHz；内存8GB；操作系统Win7 64位.本节用本文方法分析腔体截面尺寸、腔体深度以及缝隙长度、位置对谐振频率的影响.以下图表中缝隙表示缝隙谐振，fn标记同表2和表3.图6中给出了腔体截面尺寸对谐振频率的影响，其他参数同腔体2.可以看出，截面尺寸对缝隙谐振的影响很小，主要影响腔体谐振模式.由于 x方向模式数为0，导致腔体模式011、012和013在两种截面尺寸下重合.表4中给出了两种截面尺寸下的谐振模式，可以得出随着x方向尺寸增大，该方向上的模式数会增多，激励出 211和212模式，而y、z方向上的尺寸没发生变化，导致这两个方向上的模式数也不变.图7分析了腔体2的深度对谐振频率的影响，可以看出深度的改变对缝隙谐振基本无影响，而腔体谐振频率有明显偏移.虽然改变了腔体的谐振频率值，但对谐振模式无影响.图8分析了腔体2中缝隙长度对谐振频率的影响.可以看出，缝隙越长，缝隙谐振频率越小，而对腔体谐振影响不大.本文前面已经分析了腔体2和腔体3中不同缝位置的频率-阻抗曲线，结果如图3和图4所示.表5中列出了两种情况下缝隙谐振和腔体谐振模式，可以发现缝隙位置偏离中心时对缝隙谐振几乎无影响，而x方向上模式数增多，激起了更多的谐振模式.通过以上分析，我们可以得出以下规律：腔体尺寸的改变对缝隙谐振的影响很小，但是会影响腔体的谐振模式和谐振频率.截面尺寸对腔体谐振模式影响较大，尺寸越大，谐振模式越多，并会使谐振频率偏移.腔体深度的变化不会使谐振模式发生变化，但会使谐振频率偏移.缝隙尺寸主要影响缝隙谐振，对腔体谐振影响很小.缝隙尺寸越大，谐振频率越小.缝隙位置对缝隙谐振影响很小，缝隙偏离中心时会激起更多的腔体谐振模式.本文基于缝隙天线阻抗理论提出了一种快速、准确计算带缝腔体谐振频率的方法.利用本文方法不仅能预测出缝隙谐振，还能预测出高阶的腔体谐振模式，此外还可分析孔缝位置以及结构尺寸对谐振频率的影响.与实验结果和CST仿真结果进行对比验证了本文方法的准确性及快速性.本文计算带缝腔体谐振频率的方法是基于腔体格林函数可以求出的条件下得出的.对于规则的、简单填充的几何腔体可以找到它们的格林函数，从而可以利用本文方法计算出谐振频率.而对于非规则腔体或者内部结构比较复杂时，要求出它们的腔体格林函数则变得很困难，甚至不能用解析方法求解，此时本文方法不再适用.此外，本文采用空腔主要是分析缝隙结构和腔体尺寸对谐振频率的影响规律，当腔体内部有微小结构的扰动时，可以从微扰理论的角度来分析它们对谐振频率偏移的影响.杜平安(通信作者) 男，1962年出生，重庆开县人，电子科技大学机械电子工程学院教授、博士生导师.主要研究方向为机电系统多物理场特性数值仿真技术.E-mail:******************.cn任丹男，1986年出生，安徽淮南人，电子科技大学机械电子工程学院博士研究生.主要研究方向为电磁兼容，电磁干扰，多物理场耦合等.陈珂女，1992年8月出生，湖北天门人，电子科技大学机械电子工程学院硕士研究生.主要研究方向为电磁屏蔽，电磁谐振特性研究.E-mail:******************【相关文献】[1]Li M,Nuebel J,Drewniak J L,et al.EMI from cavity modes of shielding enclosures—FDTD modeling and measurements[J].IEEE Transactions on ElectromagneticCompatibility,2000,42(1):29-38.[2]周金山,刘国志,王建国.矩形孔缝耦合特性实验研究[J].强激光与粒子束,2003,15(12):1229-1232. Zhou Jin-shan,Liu Guo-zhi,Wang Jian-guo.Experimental studies on coupling characteristics of rectangular slot[J].High Power Laser and ParticleBeams,2003,15(12):1229-1232.(in Chinese)[3]马飞,朱占平,钱宝良,等.微波脉冲与带矩形窄缝腔体耦合多峰共振特性的研究[J].微波学报,2008,24(S1):40-43. Ma Fei,Zhu Zhan-ping,Qian Bao-liang,et al.Investigation on multi-peak resonant characteristic of microwave coupling into the cavity with a narrow rectangular slot[J].Journal of Microwaves,2008,24(S1):40-43.(in Chinese)[4]朱占平,钱宝良.利用互补天线原理求解孔缝的共振性能[J].强激光与粒子束,2009,21(4):536-540. Zhu Zhanping,Qian Baoliang.Resonant performance of microwave-slot coupling derived using complementary antenna theory[J].High Power Laser and ParticleBeams,2009,21(4):536-540.(in Chinese)[5]罗静雯,杜平安,任丹,等.一种基于 BLT方程的孔缝箱体屏蔽效能计算方法[J].物理学报,2015,64(1):1-8. Luo Jing-Wen,Du Ping-An,Ren Dan,et al.A BLT equation-based approach for calculating the shielding effectiveness of enclosures with apertures[J].Acta Physica Sinica,2015,64(1):1-8.(in Chinese)[6]Harrington R F.Time-Harmonic Electromagnetic Fields[M].New York:McGraw-Hill,1961.155-157.[7]Robinson M P,Benson T M,Christopoulos C.Analytical formulation for the shielding effectiveness of enclosures with apertures[J].IEEE Transactions on Electromagnetic Compatibility,1998,40(3):240-248.[8]梁昌洪.带孔柱形腔在谐振附近的孔耦合[J].电子学报,1982,10(4):41-46. Liang Chang-hong.Coupling through cylindrical cavity-backed aperture in vicinity of resonances[J].Acta Electronica Sinica,1982,10(4):41-46.(in Chinese)[9]唐金欢.电子设备电磁兼容仿真模型的简化研究[D].陕西西安:西安电子科技大学,2008.8. Tang Jinhuan.Research on SIMPLIFYING the EMC Simulation Model of Electronic Equipments[D].Xi’an,Shaanxi:Xidian University,2008.8.(in Chinese)[10]范杰清,郝建红,柒培华.内部窗口结构对开孔矩形腔体近场屏蔽效能的影响[J].物理学报,2014,63(1):1-9. 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航空电子模块孔缝耦合的屏蔽效能分析
792020年第5期 安全与电磁兼容工信部资助项目：MJ-2017-F-11引言航空电子设备为满足电磁兼容性要求，一般要加装金属壳体，但由于通风散热或各种输入输出接口的需要，金属壳体上不可避免地开有各种孔缝；另外，高强度辐射场（HIRF）具有频率覆盖范围宽（10 kHz~40 GHz）、电场强度高的特点，机箱结构的孔缝耦合是HIRF 对航电系统产生电磁干扰的重要原因之一。
研究孔缝电磁耦合规律可对机箱的开孔设计提供支撑，对提高航电系统HIRF 电磁防护能力具有重要意义。
为减少外部高强度辐射场通过航空电子模块屏蔽壳体上孔缝的耦合，实现带孔缝屏蔽壳体的屏蔽效能预估，本文采用理论计算和软件仿真相结合的方法开展研究。
1 孔缝耦合原理及屏蔽效能计算1.1 孔缝耦合原理理想的屏蔽壳体为结构上完整、电气上连续均匀的封闭金属壳体，即壳体上不存在任何孔缝。
当电磁波入射到金属板界面，由于波阻抗的突变，一部分能量被反射，剩余部分进入金属板内被衰减或再次反射，只有较少部分能透过金属板进入壳体内部，故封闭屏蔽壳体可以较好的屏蔽电磁波。
但屏蔽壳体上开有孔缝时，电磁波会由孔缝漏出，降低屏蔽效果。
影响电磁波泄漏量的因素主要为缝隙的最大线性尺寸，当矩形缝隙很窄时，可形成缝隙天线，缝长大于1/10波长时，会产生大量泄漏。
当缝隙天线最大线性尺寸为1/2波长时，将会形成缝隙天线效应，产生很大的电磁辐射[1]。
本文将对某型飞机航电系统中综合显示单元（IDU）模块的屏蔽壳体进行建模，壳体上开有达到缝隙天线尺寸的孔缝，以此分析孔缝的面积、长宽比、长度和形状以及壳体内加载PCB 板对屏蔽壳体屏蔽效能的影响。
1.2 基于孔缝耦合的屏蔽效能计算目前，用仿真计算孔缝耦合问题的主要方法有：有限元法（FEM）、时域有限差分法（FDTD）和传输线矩阵法（TLM）[2]。
本文选择传输线矩阵法进行理论求解。
该方法对传播电磁场的空间进行网格划分，将所要计算的电场、磁场等效为在网格上以波的形式传输的电压、电流，并采用传输线理论结合对时域的显式离散进行数航空电子模块孔缝耦合的屏蔽效能分析Shielding Effectiveness Analysis of Aperture Coupling in Avionics Module1中国航空无线电电子研究所2东南大学电磁兼容研究室潘加明1 彭泽清1 薛宝玥1 葛晓倩2 景莘慧2摘要简述了孔缝耦合的原理及屏蔽效能的计算。
矩形波导窄边缝隙分析方法述评
矩形波导窄边缝隙分析方法述评
李知新;任朗
【期刊名称】《电波科学学报》
【年(卷),期】1999(14)2
【摘要】对矩形波导窄边缝隙的各种分析方法进行了综述,并指出了它们存在的问题.从中可以看到这一问题的理论分析方法的进步和尚需解决的问题.
【总页数】7页(P235-241)
【作者】李知新;任朗
【作者单位】西安电子工程研究所,西安,710100;西南交通大学,成都,610031【正文语种】中文
【中图分类】TN814
【相关文献】
1.正交矩形波导馈电缝隙与辐射缝隙耦合特性分析 [J], 吕善伟;唐洪珍
2.基于矩形波导缝隙馈电的阵列天线设计 [J], 余龙舟;袁成卫;贺军涛;张强
3.矩形波导窄边倾斜缝隙天线阵的设计 [J], 隋立山;柴舜连;毛钧杰
4.2.45 GHz大功率矩形波导宽边缝隙天线阵的设计 [J], 尚文惠;廖斌
5.基于并矢格林函数法的孔径缝隙激励矩形波导场研究 [J], 雒向东;张明;海波因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
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（ ｅ ｔｏ ｃＥｎ ｉｅ ｒｎｇＤｅ ａ ｔ ｎ ， ｒｈ ｓ ｅｎ Ｐｏｙ ｅ ｈ ｉａ ｉｅ ｓｔ Ｘｉ８ １ ０７ Ｅｌｃｒ ｎｉ ｇｎ ｅｉ ｐ ｒｍｅ ｔ Ｎｏ ｔ ｗｅｔ ｒ ｌｔｃ ｎｃ ｌＵｎｖ ｒｉｙ， ’ｎ ７ ０ ２）
第７ 月 ２年５ ０５ ３第 Ｏ ０ 期 卷
摘
要 ：在 电子设备 的研制 过程 中， 电磁兼 容设 计成为越来越重要 的问题 ， 它将直接影响 到系统的工作性能 。屏蔽 是
电磁兼容 的重要技术 ， 以有效地切 断干扰源与敏感设备 的耦 合路径 ， 而不 可避 免的孔缝使 得屏蔽 效能大 大降低 。 可 然 复杂孔缝 的耦合分 析是 十分 困难 的， 对于窄缝的耦合 ， 引入 Ｗａ ｅ ｈｎ 型利用传 输线理论 建立 了具有厚度 和损耗 ｒ － ｅ模 ｎＣ 的复 杂缝 隙耦合方 程 。分析耦合 区域包含导体更加 具有实际意义 ， 于耦合 区域包含细导线 的情景 ， 对 本文也作 了详细
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窄 缝 屏 蔽 耦 合 的研 究
邓 云 张 骅 许 家栋
西安 ７０７ ） １ ０ ２ （ 西北工业大学电子信息学 院
的分 析 。
关键词 ：电磁兼容 ；屏蔽 效能 ；窄缝 ；磁流
中图分类 号 ：ＴＭ１ ３ ５ ５． 文献标识码 ：Ａ
Ｒｅ ｅ ｒ ｈ ｏ ｏ ｐ ｉ ｇ ｔ ｏ ｇ ｒ ｏ ｓｏ ｐ ｒ ｕ ｅ ｓ ａ ｃ ｆ ｃ ｕ ｌｎ ｈｒ ｕ ｈ ｎａ ｒ ｗ ｌ ｔａ ｅ ｔ ｒ
０ 引
言
会 产 生 谐 振 现 象 ， 振 的 产 生 会 增 强 电 磁 场 对 孔 的 穿 谐 透 Ｃ。其研 究 了电磁 场对 零 厚 度孔 的散 射 、 ａ ３ 透射 问题 。在 文 献Ｅ Ｊ ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ ｒ ｎ ｔ ４ 中 Ｈａｒ ｇｏ ｉ ｎ和 Ａ ｃｌ ｄ 析 了 电磁 波 经过 无 ｕｋａ 分 ｎ 损 耗 的具有 一 定 厚 度 屏蔽 体 的传 播 问题 。对 于 电大 孔 的 情况， 即孔 的线 度 远远 大 于 电磁 波 波长 的情 景 ，ｔ ｔ ｎ Ｓｒ ｔ 在 ａｏ １４ 年 利用 标 量 衍 射 理 论 给 出 了 近 似 计 算 方 法 。后 来 ， ９１