复杂金属腔体的屏蔽效能分析与天线耦合特性研究

复杂金属腔体的屏蔽效能分析与天线耦合特性研究

内容简介：电磁脉冲作为一种瞬变电磁现象，拥有峰值场强高、上升时间短、频谱宽等特点，它对各种军用和民用的电子信息系统构成了严重威胁。因此，对于通信网络和通信系统而言，研究其电磁兼容和电磁干扰问题刻不容缓。完整无孔、缝的金属箱体屏蔽可有效实现电磁脉冲防护，但在实际使用中，为了连接信号线、馈电线以及用于窗口观测和散热等，常需要在完整无孔、缝的金属屏蔽腔体上开一些孔缝，而这些孔缝成了外部电磁脉冲进入屏蔽结构的通道，外部电磁脉冲进入屏蔽腔体后会在其内部产生谐振，从而对内部通信系统的正常工作造成较大影响。目前，矩形屏蔽腔体壁上孔缝对于电磁脉冲的耦合效应研究受到众多研究人员的关注，而圆柱形屏蔽腔体的关注程度较低。圆柱形屏蔽腔体十分常见，它的谐振频率和波导模式与矩形腔体的谐振频率和波导模式不同，对应的屏蔽效能较矩形腔体的屏蔽效能有很大不同，且更为复杂。因此，对圆柱形屏蔽结构的屏蔽效能研究很有价值。本文第三章对圆柱形屏蔽腔体壁上单个矩形细缝的不同开缝取向进行分析，通过改变入射脉冲角度、极化状态、细缝位置和细缝宽窄边尺寸等方面来研究其屏蔽效能。并且考察了不同形状孔缝阵对于圆柱形腔体屏蔽效能的影响程度，根据不同电磁脉冲极化方向来比较孔阵与矩形细缝阵对屏蔽效能的影响。得到了一些关于圆柱形腔体屏蔽效能的有用结论。本文第四章对大尺寸组合结构屏蔽腔体的屏蔽效能做了相应分析。通过改变入射脉冲方向和极化状态来考察大尺寸屏蔽腔体的屏蔽效能特性。应用仿真软件CST计算了大尺寸腔体的时域电场强度分布，为了减少计算量和提高屏蔽效能的计算精度，本章还讨论了如何选用合适的窗函数对其数据作后期处理，以提高所得屏蔽效能结果的精度。本文第五章分析了无线通信中天线的互耦和相关特性，并得到一些性能参数。首先，以散射矩阵网络模型为基础，推导出了接收天线阵从场端口到路端口转换的有效表示方式，并提出修正因子β矩阵来更充分的考虑天线近场耦合特性以及负载效应对阵元互耦的影响，同时修正了天线单元连接负载时其输出端的输出波电压。其次，引入相关系数来分析天线之间的相关性，并利用修正因子β矩阵来修正相关系数公式，使之能够反映天线连接实际接收机时输出电压之间的相关性。最后，针对二单元螺旋天线手机使用情况定义了两种典型使用场景，即有、无人头近场散射体的二单元天线，以考察近场散射体与二单元螺旋天线之间的电磁相互作用效应和特点，并仿真、分析和比较了上述两种场景中各单元之间的相关性以及各单元的输出波电压。

作者：马德晶,

关键词：电磁脉冲, 屏蔽效能, 孔缝耦合, 天线, 近场散射,