估算双层屏蔽腔体窄缝耦合的混合方法

　　现代电子设备由于考虑到电磁兼容性和抗干扰性,屏蔽外壳上几乎都不存在很明显的缝隙。但是对于为了满足散热、通风的需要而有意留的窄缝,电磁波很容易由此耦合进入屏蔽体内,使得设备机箱的屏蔽性能下降。已有大量文献[1-13]研究孔缝耦合问题,主要有3类方法:解析法,如格林函数法和传输线(TL)模型[1-5];数值法,如时域有限差分法(FDTD)[6-8]和矩量法(MoM)[9];混合法,如MoM/FDTD[10]等。Taflove于1982年,针对孔缝耦合时,相对简单的外部区域(对于给定的外部源用MoM确定孔缝处等效短路电流激励)和相对复杂的内部区域内的场透射(用FDTD计算),提出了MoM/FDTD混合法,优势在于内部区域不需要计算格林函数。之后,混合法中又有:半解析半数值法[11](综合利用了混合积分方程、格林函数法及MoM,计算较复杂)、半经验半数值法[12](需要测量孔缝的等效面积)以及半经验半解析法[13](等效磁偶极子模型法)等。

　　将原来的单层屏蔽腔体有窄缝的一面改成两层,将窄缝分别开在两层的壁上,保持原通风、散热面积不变的同时可以提高屏蔽效能[5-6]。本文针对此类具有双层屏蔽结构的有窄缝腔体,提出了一种混合方法:对双层屏蔽的内腔体的窄缝耦合,运用等效磁偶极子模型[13]计算腔内的场分布;对双层屏蔽的外腔体的窄缝耦合,运用TL模型计算耦合进入外腔体的电磁波在内腔体窄缝处的等效激励源。这种混合方法能够简单、快速、清楚地估算出双层屏蔽腔内任意点的场分布,以及窄缝数量和腔内不同观测点对屏蔽系数的影响;在保持算法精度的同时避免了双层屏蔽腔体的内外腔均用TL模型而只能计算腔体中心线上屏蔽系数的缺点[5];所得结论对屏蔽腔体的电磁兼容设计和腔内电子系统的合理布局具有一定的参考意义;相对于研究双层屏蔽腔体窄缝耦合的FDTD[6]而言,混合法还是一种节省计算资源的选择。

　　1　双层屏蔽腔体窄缝耦合的混合方法

　　1.1　外腔体窄缝耦合的传输线模型

　　对于双层屏蔽结构的窄缝耦合,如图1所示,混合法先考虑由腔外耦合进入外腔体的电磁能量,可以用经典的TL模型,然后考虑由外腔体耦合进入内腔体的电磁能量,用窄缝的磁偶极子模型可以计算。由于外、内孔缝的一致性,需要满足上述两个模型中关于窄缝的描述中最严格的一个。

　　磁偶极子模型中窄缝的定义[13]:在高功率微波源常用的波段内,缝宽w小于入射波长λ的1/10,波长小于缝长l,也就是

　　TL模型中要求[3]:窄缝等效宽度又因为缝长l和腔体宽度b是同一数量级的,可以认为l≈b,所以此时TL模型中要满足显然磁偶极子模型中关于窄缝的定义更为严格。