基于模式匹配法的屏蔽腔体屏蔽效能研究

发布时间：2020-07-09 18:55

【摘要】：随着科学技术的不断发展和电子技术的广泛应用,电磁环境变得日益复杂,对电子系统进行屏蔽处理越来越重要。尽管完全密封的屏蔽腔具有很好的屏蔽效果,但是在实际应用时屏蔽腔出于某些方面的考虑,比如接线的需要,不能够做到完全屏蔽,其表面不可避免的要开一些孔缝。这些孔缝的存在会降低屏蔽腔的屏蔽作用,甚至会产生极大的影响,因而对有孔腔体的屏蔽效应研究具有实际应用价值。首先利用等效电路法和电磁拓扑理论的混合算法(Robinson-EMT混合算法)计算屏蔽腔体的屏蔽效能,由于该算法在频率高于1.7GHz时与CST软件的仿真结果有较大偏差,为了计算高频时的屏蔽效能,采用了模式匹配法和电磁拓扑理论的混合算法(MMM-EMT混合算法)。MMM-EMT混合算法考虑了高次模时屏蔽腔体中电磁场的分布情况,提高了电磁拓扑算法的精确度。MMM-EMT混合算法首先使用模式匹配法对屏蔽腔体开孔处进行麦克斯韦方程描述,通过级数展开对不连续面两边的电磁场进行近似,然后求解孔缝耦合矩阵,并将获得的孔缝的散射矩阵运用于电磁拓扑理论中,最终得到腔体内部的电磁场分布。利用MMM-EMT算法对中心开孔、非中心开孔以及中心开孔缝阵情况下的屏蔽腔体的屏蔽效能进行求解,计算结果表明MMM-EMT混合算法比Robinson-EMT混合算法更接近CST软件仿真结果。时域有限差分法应用于腔体屏蔽效能问题时,通常会遇到半开放和开放区域的边界问题,由于计算资源有限,时域有限差分法的区域截断对于计算精度和计算速度都有明显影响,因而论文工作提出了一种模式匹配法和时域有限差分法的混合算法(MMM-FDTD混合算法)。该混合算法克服了模式匹配法只能用于规则波导分析的局限性,利用模式匹配法解决时域有限差分法的边界问题,在保证计算速度的情况下,提高了算法精确度。最后论文利用MMM-FDTD混合算法对双层中心和偏心孔缝腔体的屏蔽效能进行求解,算法可行。
【学位授予单位】：华北电力大学(北京)
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TN03
【图文】：

简化模型

华北电力大学硕士学位论文逡逑２．邋２．邋２横截面对称不均匀的波导分析逡逑假设有不均匀波导，实物简化的模型如图２－４所示，模式分析时所使用简易示逡逑意图如图２－５所示，从左图到右图是一个等效的过程，把自由空间和孔缝等效为两逡逑段不同的传输线。电磁波传输方向与箭头方向一致，在虚线（Ｚ＝０）处有表示不逡逑连续分界面Ｓ面。／Ｔ、分别表示不连续分界面（Ｚ＝０）两侧Ｉ和ＩＩ区沿＋Ｚ方向所逡逑传播的不同模式系数矩阵，其对应的行波因子用指数ｅＫｚ＞表示，／）＇＿、／Ｔ分别表示逡逑沿－Ｚ方向所传播的不同模式系数矩阵，其对应的行波因子用指数ｅ（＜ｚ）表示。逡逑ＴＫ．Ｍ逦＼逡逑Ｖ逦Ｔ：逡逑Ｖ－逦逦逡逑图２－４简化模型实图逦图２－５孔缝不连续处等效模型的局部模型逡逑引入电、磁矢量位函数Ａｅ、Ａｈ，由其ｚ向分量Ａｅｚ、Ａｈｚ＾以得到波导内的横向逡逑电磁场表达式：逡逑ｘｚ＋邋－—Ｖ，逦（２－５６）逡逑ＪＣＯ￡邋０２逡逑在图２所示的Ｉ、丨丨、ＩＩＩ、ＩＶ和Ｖ区中，磁矢位Ｚ分量可以写作：逡逑ＡＬ邋＝逦［＾ｈｑ邋ｅｘｐ（－ｒｈｑ－７）邋＋邋ｅｘｐ（ｒｈｑｚ）］逦（２－５７）逡逑７＝１逡逑式中：９为模式序号

孔缝,矢量位,局部模型,等效模型

示意图,方程组,示意图,分支波导

逦（２－７２）逡逑为了获得典型双端口基本单元的散射矩阵，需要把上述的：＿：个散射矩阵以特逡逑定得方式组合运算，采用的方法就如图２－７的级联。设级联前有１邋Ａ两个网络，逡逑级联之后得到网络ｃ。逡逑ＱＫＩ邋ＱＣＩ逦Ｑｉｈ邋ｒｒ／＞逡逑１邋＾１２邋0邋＾１１邋＾１２逡逑－f邋ｓ；２—逡逑Ａｒ，心逡逑图２－７级联的示意图逡逑分析可以得到如下方程组：逡逑和＝和邋＋邋私－邋Ｋ品］＿１邋砧＆逦（２－７３）逡逑沁＝茹［／－＃忍］’义逦（２－７４）逡逑Ｓｃ２，＝Ｓｈ２ｉ［／－Ｓ＾Ｘｊ＇ｓ＾逦（２－７５）逡逑Ｓ＾２＝Ｓｈ２２＋Ｓ＾［／－Ｓ＾］＇Ｓ＾Ｘ＿逦（２－７６）逡逑在实际使用模式匹配法时，要灵活的将波导分割为一系列基本单元，通过一逡逑步步级联从而得到整体的广义散射矩阵。逡逑２．３本章小结逡逑本章通过对不同不均匀情况的波导使用模式匹配法进行分析，推导了各个情逡逑况的下的匹配方程组，着重介绍分支波导的模式方程推导过程，方程的直接求逆逡逑求解以及在求解过程中可能会出现的相对收敛现象。在介绍了分支波导之后对横逡逑截面不均匀的波导分两种情况来推导，由于本文要将该方法用于有孔缝的屏蔽腔逡逑分析，直接对实际的研宄物体简化为对有对称性的不均匀分支波导分析。在模式逡逑匹配法中常常取带匹配面的两边的本征模来分别展开匹配面上的场

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