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鉴于电磁功能材料在电工电子行业中的广泛应用及材料的介质参数对其工作特性的影响,本论文上篇对工程材料的复介电常数和复磁导率的射频测量技术进行了研究。上篇第一部分主要利用同轴线传输/反射法(Transmission/Reflection Method,T/R Method),通过测量装央有被测试样的同轴线两端口的传输/反射响应,间接获得被测试样的高频复介电常数和复磁导率:利用矢量网络分析仪和同轴央具组成的测试系统对聚氯乙烯、聚丙烯、聚甲醛、铁氧体及介电型吸波材料的电磁参数在10MHz~6GHz频段内进行了测算;对Nicolson算法中的厚度谐振、多值性等问题进行了深入分析,指出 Nicolson算法中的厚度谐振问题对于高损耗型受试材料不会出现,因此传输/反射法尤其适于吸波材料的电磁参数测试。借助于矢量网络分析仪的扫频测量技术,并根据传输系数虚部连续的原则,给出了解决Nicolson算法中“多值性”问题的一种有效而简便的方法。
论文还利用φ16/φ7mm与φ7/φ3.05mm两种不同系列的同轴央具研究了同轴传输线的高次模对有效测试频率范围的影响规律;提出了减小央具尺寸、纵向剖分同轴线外导体等高次模抑制措施;论文还通过传输/反射法与等效电感法、专用仪器法等测试方法之间的比对测试,分析了上述同轴传输/反射测量系统中测量不确定度的影响因素和控制措施。
在众多的工程材料中,软磁铁氧体在电磁干扰抑制方面发挥着不可替代的作用,故上篇第二部分还着重介绍了一种新的借助矢量网络分析仪和单端口同轴央具测算铁氧体磁环初始磁导率的试验方法一电感阻抗法。将被测铁氧体磁环置于一个终端短路的同轴夹具中,此时央具相当于一个绕有单匝线圈的电感,或是一段具有分布参数的传输线。借助矢量网络分析仪测得同轴夹具输入端口的S<,11>,即可间接求得被测磁环的初始磁导率。论文详细描述了测算磁环复磁导率的射频单匝线圈计算模型和更高频率适用的传输线计算模型。为提高同轴测试系统的测量精度,同轴央具中集成了高频辅助电阻和阻抗匹配电路。该方法的测算结果与传统的传输/反射(T/R)法及磁导率专用测试仪器Agilent E4991A Material Analyzer的测算结果进行对比,并取得了较好的一致性。文章还论述了空气间隙和漏磁对测试精度的影响,以及同轴测试系统的固有上限频率等问题。和现有的其它方法相比较,本论文提出的复磁导率测算方法无需特殊的测量仪器,且能够满足坏状工程磁性材料的测量精度和频率范围的要求。
电子设备通风结构件在电磁兼容性和热设计两方面存在着性能冲突,而在长期的工程应用中,面对电磁屏蔽和通风散热的双重要求往往顾此失彼,故论文下篇研究截止波导通风窗电磁屏蔽和通风散热的冲突和优化设计问题。下篇第一部分主要借助截止波导理论分析了截止波导的截止频率、截止波长、基准场理论和场分布特征,并由此给出了截止波导波阻抗计算公式;在此基础上,利用电磁屏蔽基本理论和多孔耦合规律,分析了截止波导通风窗对低频磁场、低频电场以及远场平面波的屏蔽机理,推导出了相应的屏蔽效能计算公式,并将部分理论计算结果与试验数据进行了对比和印证。根据理论计算结果,论文以图表的形式给出了截止波导通风窗单次反射损耗随场源特性和频率的变化关系,以及不同材料的集肤深度对低频屏蔽效能的影响,系统分析了截止波导式通风窗对低频磁场较难屏蔽的原因。
在对截止波导通风窗的电磁屏蔽特性进行理论分析的基础上,论文提出从散热设计和电磁兼容设计两方面协同考虑,借助流体力学基础理论分析了截止波导单管孔沿程阻力损失、局部阻力损失,管嘴出流阻力损失的计算方法,在单管孔阻力损失计算的基础上给出了截止波导式通风窗的气流阻力特性计算结果,并在小型风洞中对三种典型结构的波导窗进行了风阻试验。
根据截止波导通风窗的屏蔽效能在不同的场源特性、不同的材料以及不同的波导管管深/管径比下随频率的变化规律,以及波导窗对气流的阻力特性随管深/管径比、气流速度等的变化规律,论文经分析后指出:在实际工程应用中,兼顾波导通风窗的电磁屏蔽特性、风阻特性以及生产工艺和成本等多方面的因素,最佳的管深管径比常取为4,即波导管管径α=3.2mm,管深l=12.7mm。