矩形孔缝耦合特性实验研究
矩形开口谐振环腔间耦合特性研究
耦 合 谐 振 的 电路 模 型 ， 得 到 了耦 合 系 数 的 计算 公 式 ； 对矩形微 带环 、 矩 形 地 面 缺 陷 环 不 同位 置 下 的 耦 合 特 性 分 别 进 行 了分 析 ， 系 统 总 结 了矩形 谐 振 环 之 间不 同位 置 形 式下 的耦 合 强度 ； 根 据 不 同 腔 间耦 合 形 式 设 计 了 两个 带 通 滤 波 器 ， 验 证 了文 中 的研 究． 关 键 词 ：微 带 开 口谐 振 环 ； 地 面缺 陷结 构 ； 耦合特性； 带 通 滤 波 器 中图 分 类 号 ： ＴＮ７ ５ １ ． ２ 文 献标 识 码 ： Ａ 文章编号 ： １ ０ ０ １ — ２ ４ ０ ０ （ ２ ０ １ ３ ） ０ １ — ０ ０ ２ ６ — ０ ４
Ｓ ｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｆ ｃ ｏ ｕ ｐｌ ｉ ｎｇ ｐ ｒ ｏ ｐｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ ｔ ｈｅ ｓ ｑｕ ａ ｒ ｅ ｓ ｐ ｌ ｉ ｔ ｒ ｉ ｎ ｇ ｒ ｅ ｓ ｏ ｎ ａ ｔ ｏ ｒ
ＬＩ Ｔｏ ｎ ｇ， ＺＨ ＡＩ Ｈ ｕｉ ｑ ｉ ｎ ｇ， ＬＩ ＡＮ Ｇ Ｃｈａ ｎｇｈｏ ｎｇ， ＬＪ
２ ０ １ ３年 ２ 月 第 ４ Ｏ卷 第 １ 期
西 安 电子 科 技 大学 学 报 （ 自然 科 学版 ）
Ｊ０ＵＲＮＡＬ ０Ｆ ＸＩ ＤＩ ＡＮ ＵＮＩ ＶＥＲ Ｓ Ｉ ＴＹ
Ｆ ｅ ｂ ． ２ Ｏ １ ３
Ｖｏ １ ． ４ ０ Ｎｏ ．１
正弦调制高斯脉冲激励下矩形腔体孔缝电磁耦合的FDTD仿真
电子 质 量 （ ２ ０ １ ４ 第ｏ ７ 期）
正弦调制 高靳 脉冲激 髓下 矩形睦体孔缝电磁耦 合的 Ｆ Ｄ Ｔ Ｄ仿真
ｘ １
腔 体存在号膝体 不存在两种情 况下Ｅ ｘ ３ ｓ 蟠分ｌ时域信号 对比
ｌ ｝ — Ｅ ｘ ３ ５ ｃ ｌ
ｘ ３ ， ￣ ｎ ｃ Ｉ
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ｘ １ ０ ５
腔体存在与腔体不存在两种情况下Ｅ ｘ ２ Ｂ 场分纛对域信号对比局部透视
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１ ０ ０ ０
图 ７腔体 存在 与腔 体不 存 在 电场时 域信 号对 ￣ Ｅ （ ｚ ＝ ２ ｏ ｏ ）
２讨论
比较 图 ２和图 ３ ，容 易看 出腔体存 在时 Ｅ ｘ 场分量
比腔体不存在时小一个数量级左 右 ， 同时 图 ３中的时域
时， 应使敏感器件远离孔缝。
参考 文献 ：
［ １ 】 王建 国． 高功率微波脉 冲孔 缝耦合 的理 论 和数 值研究
＾＾ － Ｊ
－
ｇ
，
≤ ，
基于FDTD的环形孔缝电磁耦合规律研究_孙延鹏
x、y 和 z 轴上分布半波的数目，m n q 取值不同，则其所对应
的的谐振波模式也不同。
1.3 激励源
目前，电磁脉冲激励源有多种类型，如快前沿电磁脉冲、
超宽带（UWB）电磁脉冲等 [9]。 相对于另外其他电磁脉冲，超
1 计算模型与理论
1.1 腔体模型 屏蔽腔体模型如图 1 所示，材质为理想导体。 屏蔽腔体
为边长 20 cm 的正方体，腔体壁厚度为 2 mm。 腔体位于入射 电磁波的远场区域。
图 2 环形孔缝模型 Fig. 2 Annular aperture model
形式的麦克斯韦方程进行二阶中心差分离散，从而得到时域 上的递推公式，然后利用给定电磁场初值及边界条件，求解 出空间中各个时刻的电磁场数值。
2. Shenyang Aircraft Design & Research Institute, Shenyang 110035, China)
Abstract: To enhance the stability of the electronic system in complex electromagnetic environment, the characteristics of electromagnetic pulse (EMP) with different pulse width coupling into annular apertures with different shapes (square, circle and rectangle) were analyzed by the finite-difference time-domain method (FDTD). It shows that, the coupling phenomenon of electromagnetic pulse into annular apertures is obvious, and the coupling energy of the electromagnetic pulse into the circular annular aperture is smallest than the square and the rectangular ones. To the rectangular annular aperture, while the polarization direction of the incident pulse is parallel to the short side of the aperture, the coupling energy is larger when the aspect ratio of the rectangular annular aperture is larger, and the coupling energy is smaller when the aspect ratio of the rectangular annular aperture is larger while the polarization direction of the incident pulse is perpendicular to the short side of the aperture.The shorter the pulse width is, the easier the electromagnetic pulse coupling into annular apertures is. The coupling effect is enhanced by the reflection and the resonance of the cavity. Key words: electromagnetic pulse; annular apertures; aspect ratio；coupling effect；FDTD
场线耦合 孔缝耦合 天线耦合
场线耦合、孔缝耦合和天线耦合是电磁学中常见的耦合方式，它们在电磁场传播和能量传输过程中扮演着重要的角色。
本文将从三个方面分别介绍这三种耦合方式的概念、特点、应用领域和相关理论知识。
一、场线耦合场线耦合是指通过电磁场的相互作用而实现能量传输和信息传递的一种耦合方式。
当两个电路或系统中的电磁场相互作用时，它们之间就会产生场线耦合。
场线耦合通常是通过电磁感应或电场耦合实现的，它具有以下特点：1. 理论基础：场线耦合的理论基础主要是电磁场理论和电磁感应理论。
通过这些理论知识，可以分析和研究场线耦合的机理、特性和影响。
2. 应用领域：场线耦合在无线通信、雷达系统、天线阵列、射频电子设备等领域都有广泛的应用。
通过场线耦合技术，可以实现信号的传输、接收和处理，提高系统的性能和可靠性。
3. 影响因素：场线耦合受到电磁场的强度、频率、波形、传播距离等因素的影响。
这些因素会影响场线耦合的传输效果和系统的工作状态。
二、孔缝耦合孔缝耦合是一种通过开孔或缝隙实现电磁场耦合的方式。
在孔缝耦合中，电磁场通过孔洞或缝隙的传播和衍射，与相邻系统或介质发生相互作用，从而实现能量传输和信息传递。
孔缝耦合具有以下特点：1. 物理机制：孔缝耦合的物理机制主要是电磁场的衍射和透射。
当电磁波通过孔洞或缝隙时，会产生衍射效应，从而形成新的电磁场分布和强度分布。
2. 应用领域：孔缝耦合在微波器件、天线设计、光学器件等领域都有重要的应用。
通过合理设计孔缝结构，可以实现电磁波的传输、聚焦和调制，提高器件的性能和功能。
3. 优化设计：孔缝耦合的优化设计需要考虑孔洞尺寸、形状、位置、介质特性等因素。
通过数值模拟和实验测试，可以优化孔缝结构，提高其耦合效率和传输性能。
三、天线耦合天线耦合是指通过天线和介质之间的电磁场相互作用而实现能量传输和信息传递的一种耦合方式。
天线在无线通信、电磁波传播、雷达系统等领域起到了关键的作用，它们之间的耦合效应会影响系统的性能和工作状态。
含有介质板的有孔矩形腔体耦合特性分析
但针 对腔体 内部介 质板对 耦合 场影响 的研究 还 比较 少 。基 于此 ，本 文建立含 有介质板 开孔 腔体 的仿 真模 型 ，采用
基 于 时 域 有 限 差 分 法 （ Ｄ Ｄ） 电磁 场 软 件 对 其 进 行 仿 真 ，分 析 腔 体 内 介 质 基 板 与 开 孑 的 不 同 距 离 、不 同 数 量 以 Ｆ Ｔ 的 Ｌ
及不 同尺寸 的介质 基板对 开孑 腔体 的耦 合特性 的影 响 。 Ｌ
收 稿 日期 ：２ １－６０ ；修 回 日期 ：２ １ ０ ．２ ０ １０ ． １ ０ １ ７２
１２ ６
１ 耦 合 模 型 的 建 立
信 息 与 电 子 工 程
第 １卷 ０
本 文 所 计 算 的 开 孔 屏 蔽 腔 模 型 及 坐 标 系 的建 立 如 图 １所 示 ， 屏
备 形 成 干 扰 。 通 常 情 况 下 ，采 用 设 备 外 壳 来 减 弱 空 间 电 磁 波 对 电 子 线 路 的 干 扰 ，但 在 设 备 外 壳 上 由 于 通 风 散 热 ， 电 源 线 或 信 号 线 的 进 出 ， 可 避 免 地 会 导 致 设 备 外 壳 出 现 开 孑 或 接 缝 ， 界 电 磁 波 的 高 频 部 分 会 通 过 这 些 孔 缝 很 不 Ｌ 外 容 易 进 入 到 设 备 内部 ，耦 合 到 电 子 线 路 上 ， 即所 谓 的 “ 门 耦 合 ” 后 ，从 而 影 响 设 备 的 正 常 工 作 ，甚 至 导 致 电 子 线 路 的损坏 。 在 变 电 站 中 ，二 次 设 备 内 的 电 子 线 路 并 不 是 独 立 存 在 的 ，必 须 焊 接 到 介 质 板 上 ，而 介 质 板 会 改 变 腔 体 内 部 耦 合 场 特 性 。 已 有 大 量 的 文 献 针 对 空 的 不 同 形 式 的 开 孔 腔 体 的耦 合 特 性 进 行 了研 究 ，如 改 变 开 孔 的 形 状 ，外 壳 上 ］ 的 不 同 长 度 的 缝 隙 Ｊ 同 形 式 及 面 积 的 开 孔 阵 列 ［５，改 变 激 励 源 的 入 射 方 向 ］ 射 波 的 不 同极 化 方 向 ［７ ， ，不 ４］ － ，入 ６］ －等
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
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. 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Fan Jie-qing,Hao Jian-hong,Qi Pei-hua.Influence of inner windows on near-filed shielding effectiveness of rectangular cavity with apertures[J].Acta Physica Sinica,2014,63(1):1-9.(in Chinese)[11]刘恩博,杜平安,周元,等.以PCB为干扰源的带孔机箱电磁辐射特性仿真研究[J].电子学报,2015,43(3):611-614. Liu En-bo,Du Ping-an,Zhou Yuan,et al.Numerical simulation on the electromagnetic radiation performance of enclosures with apertures excited byPCB[J].Acta Electronica Sinica,2015,43(3):611-614.(in Chinese)[12]梁昌洪,曹祥玉.广义微扰法[J].电子学报,2003,31(S1):1994-1997. Liang Chang-hong,Cao Xiang-yu.Generalized perturbation method[J].Acta Electronica Sinica,2003,31(S1):1994-1997.[13]Leung K W,Luk K M.Moment method solution of aperture-coupled hemispherical dielec tric resonator antenna using exact modal Green’s function[J].IEE Proceedings of Micro Antennas Propagation,1994,141(5):377-381.[14]Chow K Y,Leung K W.Theory and experiment of the cavity-backed slot-excited dielectric resonator antenna[J].IEEE Transactions on ElectromagneticCompatibility,2000,42(3):290-297.[15]Long S A.A mathematical model for the impedance of the cavity-backed slot antenna[J].IEEE Transactions on Antennas and Propagation,1977,25(6):829-833.。
带开孔的电子设备腔体耦合特性实验研究
收 稿 日期 ：２ １— ４ ｌ ０００ 一０
［二］ ］］
３１１ 同长 边矩 形 开 孑 对 应 的 场 强 ． 不 ． Ｌ 选 取 各 种 不 同 长边 矩 形 开 孔 的 情 况 ，采 用 多 点 平 均 法
１引言
带 开 孔 的 电子 设 备 屏 蔽 效 能 是 电磁 兼 容 领 域 中 重 要 的
研 究 内容 。为 了满 足散 热 、通 讯 的要 求 ，有 时 需 要 在 电 子 设 备 上 开 孔 ．但 这 破坏 了 电 子 设 备 屏 蔽 的 完 整 性 ，电 磁 脉 冲 很 容 易 通 过 电 子 设 备 壳 体 上 的 开 孔 耦 合 进 入 屏 蔽 腔 体
出 现一 个 平 均 场 强 峰 值 ， 由 图 ２可 知 ， 腔体 的谐 振 频 率 位 于该 频 段 ， 由 于矩 形 孑 较 大 ，腔 体 谐 振 频 率 出 现 向 低 频 平 Ｌ
移 的现 象 。 ３ １ 不 同短 边 矩 形 开 孔对 应 的 场 强 ．－ ２ 对 不 同 短 边 矩 形 开 孑 情 形 下 ，采 用 多 点 平 均 法 测 量 ， Ｌ
量 ．使 得 实 验 结 果 和 实 际情 况 还 有 一 定 的 偏 差 。 本 文 采 用 实 验 的 方 法 ．从 实 验 角 度 研 究 屏 蔽 壳 体 的 孔 缝 耦 合 特 性 ， 对 孑 缝 在 一 定 频 域 范 围 （ ５ ｍ 进 行 取 样 ，并 将 该 直 线 段 上 所 有 取 样 点 在 该 ａ ｒ 频 率 条 件 下 测 得 的 场 强 值 相 加 做 平 均 ，并 将 相 加 平 均 后 得 出 的 结果 作 为 腔体 内 的平 均 场强 值 。
孔缝腔体内多导体传输线的耦合响应
孑 缝 腔 体 内 多 导 体 传 输 线 的 耦 合 响 应 Ｌ
史记元 ， 罗建书 ， 倪谷炎 ， 李 颖 ， 陈小平
（ ．军 事 交 通 学 院 ，天津 ３ ０ ６ ； ２ １ ０ １ １ ．国 防科 学 技 术 大 学 理 学 院 ， 沙 ４ ０ ７ ） 长 １ ０ ３
Ｈ 一 （ Ｈ ＋ Ｈ。 ＋ Ｈ。 ｅ ｐ 一 ｊ ） ｘ （ 志 ２）
Ｅ － Ｚ。 二 Ｈ × 后 ຫໍສະໝຸດ （） １ （） ２
式 中 ： 一一 是 ［ ｃ ｓ ０ （ ｏ ＋ ｓ ｓ ｅ ｏ０ ，０ 自由空 间波数 ； ｉ ）ｉ ＋ ｃｓ７ 是 为 ｎ ｎ Ｈ 一 Ｙ （ｉａｏ Ｏｏ￣ ｃ ｓｓ ￣ ； 一 。 ｓｎ ｃ ｓｃ ｓ ＋ ｏａ ｉ ） Ｈ。 ｎ
平 面上 ， 两根导 线 长为 Ｌ． 离为 ， 距 半径 为 ｒ。其 中导线 Ｌ 的左 端 点 坐 标 为 （ ＿ ， ￡ ， 端 点 坐 标 为 （７， ＋ Ｌ， ｚ ． 一 ） 右 ｙ ３
一
￡； 线 Ｌ ）导 ｚ的 左 端 点 坐 标 为 （７＋ ｄ， ， ｔ ， 端 点 坐 标 ２ ０ ～ ）右
中 图 分 类 号 ： ＴＮ８ １ １ 文 献 标 志 码 ： Ａ ｄ ｉｌ ． ７ ８ ＨＰＬＰ ２ Ｕ２ ０ ． ８ ９ ｏ ：０ ３ ８ ／ Ｂ ０ ３ ３ ０ ４
电磁耦 合和 无 限传导 表面 的孔 缝渗 透 问题 已经是 广泛 研究 的课 题 ， 电磁 场通 过 腔 体 的孔 缝 对腔 体 内线 外
Ｙ （ｉａ ｏ０ｉ￣ ｃ ｓｃ ｓ ） Ｈ 一一 ｙ ｓ ａ ｉ０ Ｚ 一 １ Ｙ 为 自 由 空 间 的 固 有 阻 抗 。 ｏ ｓ ｃ ｓｓ 一 ｏ￣ ｏ￣ ； ｎ ｎ 。ｉ ｓ ； 。 ／ 。 ｎ ｎ 如 图 １ 示 ， 根 平 行 导 线 放 置 于 一 一 ｔ ０ ＜ ｃ 的 所 两 （ ＜ ）
多孔矩形腔电磁耦合拓扑分解与计算
关键 词 ： 电磁 屏 蔽 ； 孔 缝耦 合 ； 电磁拓 扑 ； 交 互序 列 图 中图分 类号 ： ０ ２ ４ ２ 文献标 识码 ： Ａ 文 章编 号 ： １ ６ ７ ３ — ５ ６ ９ ２ （ ２ ０ １ ３ ） ０ ３ — ３ ０ ５ － ０ ５
Ｃｏ ｕ ｐｌ ｉ ｎ ｇ ａ ｎ ｄ Ｄｅ ｃ ｏ ｍｐ ｏ ｓ ｉ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｎ ｄ Ｃａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｅｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ Ｔｏ ｐｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ｗｉ ｔ ｈ Ｍ ｕｌ ｔ ｉ ａ ｐｅ ｒ ｔ ｕ ｒ ｅ ｓ Ｒｅ ｃ ｔ ａ ｎ ｇ ｕｌ ａ ｒ Ｃａ ｖ ｉ ｔ ｙ
ｃ ａ ｖ ｉ ｔ ｙ，ｗｈ ｉ ｃ ｈ ｗｉ ｌ ｌ ａ ｄ ｏ ｐ ｔ ｔ ｈｅ ｍｅ ｔ ｈ ｏ ｄ ｏ ｆ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｍａ ｇ ｎ ｅ ｔ ｉ ｃ ｔ ｏ ｐ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ，ｅ ｓ ｔ ａ ｂ ｌ ｉ ｓ ｈ ｔ ｈ ｅ ｔ ｏ ｐｏ ｌ ｏ ｇ ｉ ｃ ａ ｌ ｉ ｎ ｔ ｅ ｒ ａ ｃ ｔ ｉ ｏ ｎ ｓ ｅ —
Ｓ ＨＥＮ Ｘｉ ａ ｏ — ｑ ｉ ｎ ｇ， ＮＩ Ｇｕ— ｙ ａ ｎ， Ｌ Ｉ Ｙｉ ｎ ｇ，ＺＨ ＯＵ Ｍｉ ｎ
（ Ｃ ｏ ｌ ｌ ｅ ｇ ｅ ｏ ｆ Ｓ ｃ ｉ ｅ ｎ ｃ ｅ ， Ｎ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ａ ｌ Ｕ ｎ ｉ ｖ ｅ ｒ ｓ ｉ ｔ ｙ ｏ ｆ Ｄ ｅ ｆ ｅ ｎ ｓ ｅ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ ，Ｃ ｈ ａ ｎ ｇ ｓ ｈ ａ ４ １ ０ ０ ７ ３ ，Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
多孑 Ｌ 矩 形 腔 电磁 耦 合 拓 扑 分 解 与 计 算
沈 小庆 ， 倪谷 炎 ， 李 颖， 周 敏
（ 国防科 学技 术大 学 理 学 院计 算数 学 系，长 沙 ４ １ ０ ０ ７ ３ ）
矩形开口谐振环腔间耦合特性研究
矩形开口谐振环腔间耦合特性研究
李桐;翟会清;梁昌洪;李奇
【期刊名称】《西安电子科技大学学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2013(040)001
【摘要】对矩形微带开口谐振环以及矩形地面缺陷开口谐振环的腔间耦合特性进行了深入研究,通过分析耦合谐振的电路模型,得到了耦合系数的计算公式;对矩形微带环、矩形地面缺陷环不同位置下的耦合特性分别进行了分析,系统总结了矩形谐振环之间不同位置形式下的耦合强度;根据不同腔间耦合形式设计了两个带通滤波器,验证了文中的研究.
【总页数】5页(P26-29,35)
【作者】李桐;翟会清;梁昌洪;李奇
【作者单位】西安电子科技大学天线与微波技术重点实验室,陕西西安710071【正文语种】中文
【中图分类】TN751.2
【相关文献】
1.TM310高次模圆柱形谐振腔耦合矩形波导输出回路研究 [J], 刘海旭;林福民;张华福;赵培伟
2.含矩形腔MIM波导耦合谐振效应的数值研究 [J], 刘鹏华;关建飞
3.狭缝级联微环耦合谐振腔声学传感特性分析 [J], 陈芃宇;张雷;李鹏宇;赵超樱
4.四环谐振腔结构中耦合诱导透明特性研究 [J], 崔丹凤;谢成峰;刘耀英;李艳娜;韦
丽萍;王永华;刘俊;薛晨阳
5.基于耦合调制矩形环谐振腔高速电光调制器 [J], 王爽;刘克;张成龙
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(矩形腔)交指型腔体 ,感性窗口矩形波导滤波器
关键字：微波滤波器
腔体滤波器
谐振腔
交指型
膜片
电容加载
ABSTRACT
ABSTRACT
With the rapid development of communication technology, especially satellite technology, communication system performance requirements are also increasing. Therefore, the demands for new microwave components and performance improvements made high demands, and microwave filters for wireless communications will be essential components, it must adapt to the requirements of this new era. In recent years, microwave filters have also been strong development, especially in the microwave band-pass filter theory and the study of design methods. In this paper, microwave cavity band-pass filter for the main study, carried out analysis and design. Dissertation research focused on the following areas: First, start with the filter network design theory, based on this theory, I studied the design process from a variety of low-pass prototype filter to the filter carefully. Including the implementation methods of the transformation of circuit used in K, J Converter. Second, by looking for documents and other relevant information, I learned and mastered the principles and basic methods of the design of cavity filters, and used MATLAB to make the results more accurate. Then I modeled, optimized and analysed by Ansoft HFSS. At last, I had designed the filters, which meet the design requirements, successfully. Finally, based on the previous chapters, I had designed a new type of Interdigital Filter capacitive load, which has good performance and smaller size. It is stable and reliable, especially suitable for small communications devices. Keywords: microwave filter cavity filter cavity resonator Interdigital mebrane capacitance load
高功率微波孔缝耦合特性的数值模拟及防护加固技术
维普资讯
第２ ８卷第 ４期
２０ ０６年 ０ ８月
探 坝 ０与 控 帝 ０学 报
Ｊ ｕ ｎ ｌｏ ｔｃｉｎ ＆ Ｃｏ ｔｏ ｏ ｒ ａ ｆＤｅｅ ｔ ｏ ｎｒ ｌ
Ｖｏ ８ ＮＯ ４ Ｌ２ ． Ａｕ ． ０ ６ ｇ２０
高 功 率 微 波 孔 缝 耦 合 特 性 的数 值 模 拟 及 防护 加 固技 术
ｏ Ｍ ｕ ｓ ｔ ａ ｉ ｒ ｔ ｄ ｅ ｙ ｕ ｉ ｇ ｔ ｅ ｓ ｆ ａ ｅ ＸＦ Ｔ ． ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ｍｅ ｈ ｄ ｏ Ｄ Ｄ．Ｉ ｆ ＨＰ ｐ ｌｅ ｉ ｏ ｃ ｖｔ ａ ｅ ｓｕ ｉ ｄ ｂ ｓ ｏｔ ｒ Ｄ Ｄ６ ０ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｔ ｏ ｆ Ｔ ｎ ｙ ｎ ｈ ｗ Ｆ ｎ
ｃ ａ ａ ｔｒｓｉｓ ｏ ｑ ａ ｅ ｃ ｒｕ ａ ａ ｄ ｅ ｔｎ ｌｒ ｌｔ ｒ ｃ ｍｐ ｒ ｄ Ｔ ｅ ｎ ｍｅ ｃ ｌ ｉ ｌ ｔ ｎ ｉ ｈ ｒｃ ｅ ｔ ｆ ｓ ｕ ｒ ， ｉ ｌ ｒ ｎ ｒ ｃａ ｇ ａ ｓｏ ａ ｅ ｏ ａ ｅ ． ｈ ｕ ｒ ａ ｓｍｕ ａ ｉ ｓ ｉ ｃ ｃ ｕ ｉ ｏ
孔缝对金属腔体强电磁脉冲耦合特性影响研究
·高功率微波技术·孔缝对金属腔体强电磁脉冲耦合特性影响研究*曾美玲1,2， 蔡金良2,3， 易 早1， 秦 风2,3， 邝向军1（1. 西南科技大学 理学院，四川 绵阳 621010； 2. 中国工程物理研究院 应用电子学研究所，四川 绵阳 621999；3. 中国工程物理研究院 复杂电磁环境科学与技术重点实验室，四川 绵阳 621999）摘 要： 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。
关键词： 金属腔体； 强电磁脉冲； 屏蔽效能； 电磁耦合； 谐振模式中图分类号： O441.4 文献标志码： A doi : 10.11884/HPLPB202133.200336Effect of aperture on shielding performance of metal cavity underexcitation of high-intensity electromagnetic pulseZeng Meiling 1,2， Cai Jinliang 2,3， Yi Zao 1， Qin Feng 2,3， Kuang Xiangjun 1（1. College of Science , Southwest University of Science and Technology , Mianyang 621010, China ;2. Institute of Applied Electronics , CAEP , Mianyang 621999, China ;3. Key Laboratory of Science and Technology on Complex Electromagnetic Environment , CAEP , Mianyang 621999, China ）Abstract ： High-intensity electromagnetic pulses like high-altitude electromagnetic pulse (HEMP), high power microwave (HPM) are very harmful to electronic devices, which will cause malfunction or even damage to ing metallic cavity to isolate electronic systems from high-intensity electromagnetic pulse is an important and effective way to lessen the effect. Herein, we performed a systematic study on coupling property of metallic cavity with a rectangular aperture under the excitation of three types of high-intensity electromagnetic pulses, i.e., HEMP,wide-band HPM, and narrow-band HPM. The width/length ratio of aperture and cavity size were varied to investigate their effect on electromagnetic coupling. The interaction mechanism of high-intensity electromagnetic pulses and the metallic cavity was also carefully analyzed. The results demonstrate that the shielding property of metallic cavity is highly dependent on resonance mode of cavity, resonant frequency of aperture as well as the spectral characteristics of high-intensity electromagnetic pulse. When the resonance mode of cavity, and/or resonant frequency of aperture are within the bandwidth of high-intensity electromagnetic pulse, an enlarged coupling electromagnetic field in the metallic is always produced. Specifically, the interaction between the cavity and aperture can give rise to spectral shift of resonant frequency. Therefore, to obtain excellent shielding effect, we need to take into consideration the suppression of resonance mode of cavity, resonant frequency of apertureas well as the spectral shift when performingelectromagnetic protection of electronic devices.* 收稿日期：2020-12-14； 修订日期：2021-03-09基金项目：国防预研项目（30105140302）作者简介：曾美玲（1996—），女，硕士研究生，从事电子系统电磁环境适应性评估研究；*****************。
孔缝耦合matlab仿真程序
孔缝耦合matlab仿真程序
孔缝耦合matlab仿真程序
孔缝耦合是一种常见的光学现象，它在光学器件的设计和优化中具有重要的作用。
为了更好地理解和研究孔缝耦合现象，我们可以使用matlab仿真程序进行模拟和分析。
首先，我们需要了解孔缝耦合的基本原理。
孔缝耦合是指光线通过一个小孔或缝隙时，会发生衍射现象，产生一系列的衍射波。
这些衍射波会与其他光线相互干涉，形成复杂的光场分布。
在光学器件中，孔缝耦合现象会影响光的传输和分布，从而影响器件的性能和效果。
接下来，我们可以使用matlab仿真程序进行孔缝耦合的模拟和分析。
首先，我们需要建立一个光学模型，包括光源、孔缝和检测器等。
然后，我们可以使用matlab的光学工具箱进行光学计算和分析，得到光场的分布和传输特性。
在进行孔缝耦合仿真时，我们需要注意以下几点。
首先，要选择合适的光学模型和参数，包括光源的波长、孔缝的大小和形状、检测器的位置和分辨率等。
其次，要注意光学计算的精度和稳定性，避免误差和噪声的影响。
最后，要进行光学结果的分析和比较，以评估不同参
数和设计的优劣。
总之，孔缝耦合matlab仿真程序是一种非常有用的工具，可以帮助我们更好地理解和研究孔缝耦合现象。
通过合理的模拟和分析，我们可以优化光学器件的设计和性能，提高其应用效果和实用价值。
正交矩形波导馈电缝隙与辐射缝隙耦合特性分析
正交矩形波导馈电缝隙与辐射缝隙耦合特性分析
吕善伟;唐洪珍
【期刊名称】《宇航学报》
【年(卷),期】1995(016)003
【摘要】本文分析辐射波导与馈电波导正交结构的公共宽面中心馈电斜缝和辐射
波导缝隙的耦合效应根据边界条件和等效原理积分方程，利用矩量法进行数值求解，给出计算例子，获得谐振长度和等效网络参量随频率，馈电缝隙倾角，辐射缝的位置和／或辐射波导终端负载的变化关系，并与弧立的馈电缝隙的结果进行对比，理论和实验结果吻合较好。
【总页数】7页(P88-93,108)
【作者】吕善伟;唐洪珍
【作者单位】不详;不详
【正文语种】中文
【中图分类】TN820.14
【相关文献】
1.X波段矩形波导宽边复合缝隙耦合器的MPSTD算法分析 [J], 杨虎;姜永金;田立松;毛钧杰
2.正交缝隙耦合馈电宽带圆极化微带天线设计 [J], 张昭;曹祥玉;李思佳;郭蓉
3.矩形波导开口与缝隙辐射的FDTD分析 [J], 白剑;葛德彪;杨凌霞
4.矩形波导宽壁复合缝隙耦合器的MPSTD算法分析 [J], 姜永金;杨虎;毛钧杰
5.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
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带开孔金属腔体内部耦合场强分布的实验研究
目前 ， 于带 开孔 金属 腔体 屏 蔽效 能 的研 究 日益成 熟 ， 种有 效 的提高 带 开孔 金属 腔体 屏蔽 效 能 的方法 关 各
被 提 出并应 用 于 电子设 备 的设计 中 ， 强 了电子设 备 的抗 电磁干 扰能 力 ， 增 使其 能 够在 复 杂 的 电磁 环境 中
稳定 运行 ． 而 ， 然 由于 电子设 备 中不 同 的构成 模 块所 能 承受 的 电磁 干扰 强 度不 同 ， 仅从 宏 观 角 度 研究 金 属 腔
线 采用 发射 频率范 围 为 １ ０ ０ ０ ～１５ ０ ＭＨｚ的对 数 周 期 天
线． 频 信 号 发 生 器 Ｓ ０ 射 ＭＬ １的 频 率 范 围 为 ９ｋ ～ Ｈｚ
］ ］ Ｇ Ｈ Ｚ ． ．
图 １ 腔 体 简 圈 与 测试 取 样 直 线
Ｆｉ ．１ Ｃａ ｔ ａ ｒ ｍ ｎｄ ｔ ｅ ｔ ｎ ａ ｐｌ ｉ ｅ ｇ ｖｉｙ ｄｉ ｇ ａ ａ ｈｅ ｔ ｓ ｉ ｇ ｓ ｍ ｅ ｌｎ
放 大 器 ５ Ｗ Ｄ１０ ０ ０ ０组 成 ． 主 要 技 术 指 标 为 ， 入 功 率 其 输
４ｋ ｗ时 ， 均 场 强 为 ２０ ０Ｖ／ 峰值 为 ７０ ０Ｖ／ 场 平 ０ ｍ， ０ ｍ； 均 匀度 ４ ０ ＭＨｚ频 率 ８ ０ ； ０ＭＨｚ ８ＧＨｚ 系统 的发射 天 ～１ ．
ｓ ｐ ｂｅ ｗｅ ｎ ｔ ｅ ｓｚ ｅ ｔ ｎｇｌ ｐｅ ｔ ｒ ｓ ａ ｄ ｆｅ ｄ ｄ ｓ ｒ ｂ ｉ ｔｔ ｉ ｅｗｈｅ ｈｅ ｒ ｓ ｎａ ｃ ｈｅ ｏ ｅ ｈｉ ｔ ｅ ｈ ｉｅｏｆｒ ｃ ａ ｅａ ｒ ｕ ｅ ｎ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｕｔｏｎ ａ ｈｅｔｍ ｎｔ ｅ ｏ ｎ ｅｐ ｎ ｍ — ｎｏ ｓ ｈａ ｐｅ ｄ ｗａ ｎ ｌ ｅ ｎ ｔ ｓ ｐａ ｅ ，ａ ｌｏ ｉ ｈ ｐｒ ｉ ｄ ｅ ｐｅ ｉ ｅ ａ ｖ ｄ ｎｃ Ｏ ｑ ａ ｉａ ｉ ｅ ｎ ｗａ ｐ ｎｅ ｓ ａ ａ ｙｚ ｄ ｉ ｈｉ ｐ ｒ ｌ ｆ ｗｈ ｃ ｏｖｄｅ ｘ ｒｍ ｎｔ ｌｅ ｉ ｅ ｅ ｔ ｕ ｎｔｔ ｔｖ ｓ ｕ ｏｕ ｉ ｉ ｌ ｉ ｔ ｉ ｔｏ ｎ ｃ ｖ ｔ ｔ ｅ ｔ ｅ ｉ ｈｅ ｒ ． Ｔｈｅ ｅ ｐｅ ｉ ｎｔ ｌｓ ｕｄ ｉ ｓ ａ ｉ — ｔ ｄｙ ｏｎ ｃ ｐｌｎｇ ｆｅ ｄ ｄ ｓ ｒｂｕ ｉ ｎ ｉ ａ ｉｙ ｗｉｈ ａｐ ｒ ｕｒ ｎ ｔ ｏ ｙ ｘ ｒｍｅ ａ ｔ ｙ ａｍ ｔｇ ｖ
电磁脉冲与腔体孔缝耦合多峰共振特性研究
第34卷第7期核电子学与探测技术Vol．34No．72014年7月Nuclear Electronics ＆Detection TechnologyJuly．2014电磁脉冲与腔体孔缝耦合多峰共振特性研究倪勤，魏志勇，强鹏，方美华，王静，张紫霞（南京航空航天大学航天学院，南京210016）摘要：利用有限积分法对电磁脉冲与腔体孔缝耦合特性进行了研究。
选取窄缝为mm 量级微小孔缝作为研究对象，借助耦合函数，在矩形多峰共振公式的基础上，分析了正方形环形孔缝共振频率点，同时开展了不同腔体尺寸、缝隙位置和缝隙组合对耦合特性影响的研究。
结果表明：正方形环形孔缝多峰共振频率点取决于垂直入射电场的窄缝长边尺寸，所得多峰共振频率点的解析计算值和仿真计算值基本一致，相对误差在5%以内；耦合进入腔体的电场强度由腔体和孔缝尺寸共同决定，窄缝附近存在明显的场增强效应，发生了强烈共振，狭缝处电场幅值高达入射脉冲的60倍。
关键词：电磁脉冲；多峰共振；耦合系数；窄缝中图分类号：TN 01文献标志码：A文章编号：0258-0934（2014）07-0855-06收稿日期：2014－04－24基金项目：中央高校基本科研业务费专项资（NS2012070）；江苏省科技计划项目（BE2011833）资助。
作者简介：倪勤（1988－），女，江苏南通人，在读硕士研究生，从事强电磁脉冲效应研究。
通信作者：魏志勇，教授，wzy_msc@nuaa．edu．cn 。
电磁脉冲通过通风孔、缝隙等耦合进入系统内部，会引起材料、电子设备性能退化、功能降低［1］，对在轨飞行的航天器及武器装备如导弹、火箭等会造成不可预计的损伤，严重时将导致任务的失败。
空间飞行的航天器及火箭等所遭遇的电磁脉冲可能来源于核爆或材料器件内部充放电。
近年来国际上电磁脉冲武器逐渐发展起来。
2003年，美国首次使用电磁炸弹攻击伊拉克，巴格达的电视全面中断，数小时后才恢复但信号仍然很微弱。
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S
″ 21
(
f
)
(4)
由
S 21 ( f ) 减去
S
′ 21
(
f
)
可得耦合系数 η
η( f )
= S 21 ( f )
-
S′ 21(f Nhomakorabea)
=
10lg
P1 ( f ) P0 ( f )
(5)
将探头放置在带孔缝板后面 ,并且探头完全覆盖孔缝面积 ,则孔缝的有效面积 A ae ( f ) 为
A ae ( f )
P0 ( f )
(2)
它表征不同频率和极化方向的微波从不同角度通过孔缝耦合到腔体内的能力 。这里 P ( f ,θ,δ) 为通过孔缝耦
合到腔体内的微波功率 。
以 HP8510C 矢量网络分析仪为主要测量分析设备 ,建立了一套测量耦合系数的实验装置 ,图 1 所示 。其
中 HP8348A 为宽带微波功率放大器 。实验时 HP8510C 采用扫频工作方式 ,一次实验即可测得耦合系数随频
Fig. 2 Coupling coefficient of 1mm ×16mm ×5mm rectangular slot 图 2 1mm ×16mm ×5mm 矩形孔缝耦合系数 表 1 1mm ×16mm 厚度为 d = 5mm 的孔缝共振频率统计结果 Table 1 Resonant frequency statistics of 1mm ×16mm ×5mm rectangular slot
Fig. 3 Axial distribution of maximum coupling coefficient for 1mm ×16mm slot 图 3 1mm ×16mm 孔缝耦合系数最大值沿轴向的分布
2. 1. 3 增强效应 由平滑前的耦合系数随 z 的变化曲线可以看出 ,在中轴线上 ,耦合均大于 - 6dB ,即耦合场与辐射场功率 密度之比大于 1/ 4 ,考虑到孔缝面积约为探头有效面积的 1/ 12 ,我们认为此时在孔缝内及附近产生了场增强效 应 。由图 3 (a) 及式 (6) 、(7) 可以作出 1mm ×16mm 、d = 5mm 孔缝的增强系数曲线 ,如图 4 所示 。从图中可以 看出 ,在 f > 7 GHz 时即有增强效应 , f = 9. 2 GHz 左右有较强的孔缝增强因子 ,达到约 10 倍 。 在孔缝线性和非线性耦合的数值模拟中也观察到了增强效应[3 ,7 ] 。孔缝的增强效应现象对 HPM 效应研 究及抗 HPM 加固研究具有重要意义 。 2. 2 腔体内的耦合系数分布 考虑平滑后共振点的耦合系数η′max在腔体内的分布 。实验时对于 z = 1 、2 、5 、10 、25cm ,分别将测量探头在 横向和竖直方向作一定偏移并测量 η′max 。 2. 2. 1 横向耦合系数分布 图 5 表示 η′max的横向分布 ,由图可见 ,横向移动探头后 ,η′max较中轴线上有所减小 。如中轴线上耦合系数 分布一样 ,偏移探头后 ,自 z = 5cm 左右开始振荡 ,实测至 z = 25cm 。结果表明 ,偏离中轴线后 ,η′max有所减小 , 但并非随 x 的增大而减小 ,如 x = 12cm 时 , 较 x = 8cm 时要大 1～2dB 。 另外 ,与中轴线上当 z 较小时耦合系数随 z 的增大而急剧减小相反 ,偏离中轴线后 ,当 z 较小时 ,耦合系 数随 z 的增大而增大 。即 ,靠近金属腔壁的地方场强较小 。 2. 2. 2 竖直方向耦合系数分布 图 6 所示为 η′max的竖直方向分布 ,由图可见 ,η′max的分布与横向分布类似 。但竖直方向 η′max在偏移相同距 离情况下较横向偏移后略大 ,如 y = 16cm 较 x = 16cm 时要大 3dB 左右 。 横向 、竖直方向偏移后 ,其平滑曲线 - 3dB 带宽与中轴线上的结果无明显差异 。 2. 3 长缝耦合的极化特性
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第 12 期 周金山等 :矩形孔缝耦合特性实验研究
1229
点的寄生耦合 ,提高腔体的屏蔽性能 ,实测系统在无孔 缝情况下 ,腔体内的寄生耦合系数不大于 - 70dB 。 实验时先去掉带孔缝金属板 ,而在金属腔体前面 加上微波吸收材料 ,并且将接收测量探头移至金属板 的位置 ,在这种情况下由 HP8510C 测量记录得到系统 的传输系数
率的变化曲线 。
HP8510C 的可用动态范围大于 90dB ,HP8348A 的放大倍数大于 20dB ,测量系统的动态范围可达 110dB ,
能够满足实验要求 。为保证实验系统具有良好的极化特性 ,系统中波导器件采用矩形器件 ,受波导带宽限制 ,
实验时把 2～18 GHz 的带宽分为四段 (分别为 BJ 32 : 2～3. 95 GHz ;BJ 48 : 3. 95～7 GHz ;BJ 100 : 7～12. 4 GHz ;
before smoot hing
after smoot hing Δf - 3dB
f max/ GHz
9. 417 9. 389 1. 07
f min/ GHz
8. 958 9. 012 0. 54
f ave/ GHz
9. 205 9. 201 0. 745
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BJ 140 : 12. 4～18 GHz) 。辐射天线采用角锥喇叭天线 ,为了同时保证探头能够有效地接收被测点经腔体反射
所形成的混合场 ,测量探头采用对方向性不敏感的开口波导 。为提高系统的信噪比 ,采取一定措施降低各连接
Ξ 收稿日期 :2002205220 ; 修订日期 :2003208204 基金项目 :国家 863 计划项目资助课题 作者简介 :周金山 (19702) , 男 ,硕士 ,现从事超宽谱高功率微波研究工作 ;西安市 69213 信箱 。
平均效果 。
2 实验结果及分析
2. 1 长缝耦合系数及共振增强效应 采用 1mm ×16mm 、厚度 d = 5mm 的长缝 ,位于 <50cm ×50cm 圆柱腔体的底面中心 。实验过程中 ,保 持天线 、探头和孔缝宽边平行于 x 轴 。 2. 1. 1 耦合系数与微波频率的关系 ———共振效应 图 2 所示为带孔缝板内侧中心的耦合系数随频率 变化的曲线 ,由图可见 ,对于 1mm ×16mm 、d = 5mm 孔 ,在 f = 9. 2 GHz 左右 ,耦合系数明显强于其它频率 , 称之为共振效应 。 对腔体轴线上各点耦合系数的测量结果表明 ,当 探头距孔缝的水平距离 z 较大时 ,耦合系数随频率的 变化而急剧振荡 ,如 z = 5cm 时 ,相邻测量频率点间的 耦合系数变化可达 20dB 以上 ,分析认为 ,这是由于腔 体的反射造成的 。此因素同时引起孔缝共振频率的偏 移 。为了更确切地考察孔缝耦合的特性 , 对曲线作 10 % 的频率平滑处理 ,削弱腔体反射的影响 ,分析腔 体内耦合场的最大耦合系数 、带宽以及共振频率的分
=
A pe P1 ( f ) P0 ( f )
= A pe10η0/ 10
(6)
η0 ( f ) 为此条件下用上述方法测得的 η( f ) 值 (由式 (5) 确定) 。定义孔缝增强因子 G ( f ) 为
G( f)
=
A ae ( f ) A ag
(7)
其中 A ag为孔缝的几何面积 。
实验时 ,探头口面在腔体内 ,特别是在距孔缝板较近时所接收的场强不是均匀的 ,因而实验结果有一定的
1 实验方法
在 HPM 孔缝耦合研究中 ,主要关心的是耦合到金属壳体内部的微波功率密度和金属壳体外表面的入射
功率密度之比 ,将其定义为耦合系数
η( f , r ,θ,φ)
= 10lg
P1 ( f , r ,θ,φ)
P0 ( f )
(1)
式中 : P0 ( f ) 为金属腔体面板孔缝处的微波功率密度 , 即入射微波功率密度 ; P1 ( f , r ,θ,φ) 为金属壳体内测试
图 1 实验装置示意图
由辐射天线辐射出来的功率值
;
S
″ 21
(
f
)
为电缆和连接件的损耗与
HP8348A
的增益之差 。然后将探头放在指
定位置 ,去掉微波吸收材料 ,加上带孔缝的金属板 ,测量记录 S 21 ( f ) 为
S 21 ( f )
= 10lg
P1 ( f ) A pe ( f ) Pin
+
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强激光与粒子束
第 15 卷
布情况 ,结果如图 3 所示 。图 3 (b) 为共振频率随 z 的变化情况 ,表 1 为其分布的统计结果 ,腔体内中轴线上各 点耦合系数的最大值对应频率的统计结果 ,平滑前的结果受腔体特性的影响 ,平滑后曲线为通过将相邻频率点 耦合系数进行平均减小腔体影响后的结果 ,可以看出 ,平滑前的共振频率分散性较大 ; - 3dB 带宽为平滑后的 结果 。从表 1 可以看出 ,平滑前后的共振频率统计平均值统一于 9. 20 GHz 。统计结果相对准确地反映了孔缝 耦合的频率特性 ,即 1mm ×16mm , d = 5mm 孔缝的共振频率为 f c = 9. 20 GHz ,其对应波长 λ= 3. 26cm ,约为缝 长的 2 倍 。 2. 1. 2 腔体中轴线上的耦合系数 图 3 (a) 和图 3 (b) 分别表示腔体中轴线上的最大耦合系数 ηmax随 z (被测点距孔缝的水平距离) 的变化曲 线和经频率平滑处理后的耦合场 - 3dB 带宽 (后文所述带宽均指 - 3dB 带宽) 。由图 3 中可以看出 ,在 z 较小 ( < 3cm) 时 ,ηmax随 z 的增大急剧减小 ,当 z 较大时 ,随 z 的增大 ,ηmax则在一定范围内振荡 。分析认为 ,ηmax在 z 较小时随的 z 增大而迅速下降是因为孔缝耦合进腔体的功率随 z 的增大而迅速扩散的结果 ,其后的振荡则 是由于耦合场在腔体内反射叠加的结果 。同样 ,当 z 较小时 ,耦合场带宽的起伏变化较小 ,随着 z 的增大 ,带 宽的起伏加剧 。