本发明公开了一种基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，包括：截止圆波导单元和截止圆波导阵列金属结构；其中，所述截止圆波导阵列金属结构由第一截止圆波导阵列金属网和第二截止圆波导阵列金属网组成，或由第一截止圆波导阵列金属网和金属膜组成；所述截止圆波导单元设置在所述第一截止圆波导阵列金属网和所述第二截止圆波导阵列金属网上；所述第一截止圆波导阵列金属网和所述第二截止圆波导阵列金属网上的所述截止圆波导单元同位或错位排列。本发明当高功率微波照射时，基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构可对入射功率进行大幅度衰减。本发明具有成本低、重量轻、频带宽、屏蔽效能高等优点。
1.一种基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，其特征在于，包括：截止圆波导单元(1)和截止圆波导阵列金属结构(2)；其中，所述截止圆波导阵列金属结构(2)由第一截止圆波导阵列金属网(21)和第二截止圆波导阵列金属网(22)组成，或由第一截止圆波导阵列金属网(21)和金属膜(23)组成；
当所述截止圆波导阵列金属结构(2)由第一截止圆波导阵列金属网(21)和第二截止圆波导阵列金属网(22)组成时，所述截止圆波导单元(1)设置在所述第一截止圆波导阵列金属网(21)和所述第二截止圆波导阵列金属网(22)上；
当所述截止圆波导阵列金属结构(2)由第一截止圆波导阵列金属网(21)和第二截止圆波导阵列金属网(22)组成时，所述第一截止圆波导阵列金属网(21)和所述第二截止圆波导阵列金属网(22)上的所述截止圆波导单元(1)同位或错位排列；
其中，所述第一截止圆波导阵列金属网(21)和所述第二截止圆波导阵列金属网(22)上的所述截止圆波导单元(1)错位排列时的屏蔽效能为：式中，SEdB为单层截止圆波导阵列金属网的屏蔽效能，Γt为单层屏蔽体内x＝t位置处的反射系数，h为所述第一截止圆波导阵列金属网(21)和所述第二截止圆波导阵列金属网(22)的间距；
式中，X(l)为所述第一截止圆波导阵列金属网(21)和所述第二截止圆波导阵列金属网(22)上相邻的所述截止圆波导单元(1)中心位置之间的距离的函数；Y(θ)为所述第一截止圆波导阵列金属网(21)和所述第二截止圆波导阵列金属网(22)上相邻的所述截止圆波导单元(1)中心位置处的夹角角度的函数；
当所述截止圆波导阵列金属结构(2)由第一截止圆波导阵列金属网(21)和金属膜(23)组成时，所述金属膜(23)的厚度为15μm-0.3mm，所述第一截止圆波导阵列金属网(21)和所述金属膜(23)之间的间距为0.1mm-1.0mm。
2.如权利要求1所述的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述电磁屏蔽结构的直径为10cm-20cm。
3.如权利要求1所述的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述截止圆波导单元(1)的直径为0.1mm-1mm，所述电磁屏蔽结构的频率范围为0.3GHz-
4.如权利要求1所述的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，其特征在于，相邻的所述截止圆波导单元(1)中心位置之间的距离为2.5mm-5mm。
5.如权利要求1所述的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，其特征在于，当所述截止圆波导阵列金属结构(2)由第一截止圆波导阵列金属网(21)和第二截止圆波导阵列金属网(22)组成时，所述第一截止圆波导阵列金属网(21)和所述第二截止圆波导阵列金属网(22)的厚度为0.1mm-0.4mm，两层的间距为0.5mm-2.5mm。
6.如权利要求1所述的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，其特征在于，当所述截止圆波导阵列金属结构(2)由第一截止圆波导阵列金属网(21)和第二截止圆波导阵列金属网(22)组成，所述第一截止圆波导阵列金属网(21)和所述第二截止圆波导阵列金属网(22)上的所述截止圆波导单元(1)错位排列时，两层金属网上的所述截止圆波导单元(1)中心位置之间的距离为0.9mm-2.7mm。
7.如权利要求1所述的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，其特征在于，当所述截止圆波导阵列金属结构(2)由第一截止圆波导阵列金属网(21)和第二截止圆波导阵列金属网(22)组成，所述第一截止圆波导阵列金属网(21)和所述第二截止圆波导阵列金属网(22)上的所述截止圆波导单元(1)错位排列时，两层金属网上相邻的所述截止圆波导单元(1)中心位置之间的连线与水平线的夹角为30-60°。
8.如权利要求1所述的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，其特征在于，所述截止圆波导阵列金属结构(2)的材质为铜或铝。
一种基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构
技术领域
[0001] 本发明涉及高功率微波电磁防护的技术领域，尤其涉及一种基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构。
背景技术
[0002] 高功率微波(High-Power Microwave,HPM)是一种功率峰值大于100MW的微波电磁脉冲，主要应用于电子战的定向能电磁武器中。其工作原理为利用高增益的定向天线将高功率微波源所产生的高功率微波能辐射出去，通过高强度照射目标的方式，达到杀伤敌方人员和破坏电子设备的目的。高功率微波对电子、电路系统进行毁伤破坏主要分为收集、耦合及毁伤三个阶段。高功率微波将高功率微波能量耦合到系统内部，通过传导或者辐射的方式耦合到电子线路中，形成感应电压和感应电流，当能量大到一定程度时将会造成毁伤性破坏。
[0003] 随着高功率微波技术的发展以及在军事上的逐渐应用，越来越多的国家意识到只有拥有了足够强大的针对高功率微波武器的防护能力，才能够避免其它国家的高功率微波武器对自己的打击及破坏。因此开展高功率微波防护方面的研究具有重要的战略意义。
[0004] 高功率微波耦合进入到系统内部主要有两种路径：一是“前门”耦合，即经过系统的天线耦合到系统内部；二是“后门”耦合，即经过系统外壳机箱上的孔缝等耦合到系统内部。而对于电子、电路系统，其孔缝是不可避免存在的，例如表面的焊接缝、用于通风散热或者通信的孔缝等等。为了防止孔缝耦合，现有技术一般采用金属丝网和单层截止圆波导阵列金属板等结构。单层或双层金属丝网的使用频率不超过100MHz，屏蔽效能小于120dB，而单层截止圆波导阵列金属板的厚度较厚，很难实现轻量化。因此在高功率微波的防护中应用受到限制。
[0005] 根据屏蔽原理，采用基于双层截止圆波导阵列的金属网/膜结构可满足对高功率微波宽频带、高屏蔽效能的防护要求。基于双层截止圆波导阵列的金属网/膜结构可通过截止圆波导的衰减特性对高功率微波进行双层屏蔽。改变高功率微波的频率、圆形阵列网/膜的直径、截止圆波导单元的直径、相邻截止圆波导中心之间的距离、每层阵列金属网/膜的厚度、两层阵列金属网/膜的间距、第一层截止圆波导中心位置和相邻第二层截止圆波导中心位置之间的距离和夹角角度以及金属网/膜的材料等就可改变其屏蔽效能，实现对高功率微波的电磁防护目标。
发明内容
[0006] 本发明的目的是针对现有技术的不足而提供的一种基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，该结构成本低、重量轻、频带宽、屏蔽效能高，能很好地实现对高功率微波的电磁防护。
[0007] 本发明提出了一种基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，包括：截止圆波导单元和截止圆波导阵列金属结构；其中，所述截止圆波导阵列金属结构由第一截止圆波导阵列金属网和第二截止圆波导阵列金属网组成，或由第一截止圆波导阵列金属网和金属膜组成；所述截止圆波导单元设置在所述第一截止圆波导阵列金属网和所述第二截止圆波导阵列金属网上；所述第一截止圆波导阵列金属网和所述第二截止圆波导阵列金属网上的所述截止圆波导单元同位或错位排列。
[0008] 本发明提出的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构中，所述电磁屏蔽结构的直径为10cm-20cm。
[0009] 本发明提出的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构中，所述截止圆波导单元的直径为0.1mm-1mm，所述电磁屏蔽结构的频率范围为0.3GHz-5GHz。
[0010] 本发明提出的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构中，相邻的所述截止圆波导单元中心位置之间的距离为2.5mm-5mm。
[0011] 本发明提出的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构中，所述第一截止圆波导阵列金属网和所述第二截止圆波导阵列金属网的厚度为0.1mm-0.4mm，两层的间距为0.5mm-2.5mm。
[0012] 本发明提出的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构中，所述第一截止圆波导阵列金属网和所述第二截止圆波导阵列金属网上的所述截止圆波导单元错位排列时，两层金属网上的所述截止圆波导单元中心位置之间的距离为0.9mm-2.7mm。
[0013] 本发明提出的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构中，所述第一截止圆波导阵列金属网和所述第二截止圆波导阵列金属网上的所述截止圆波导单元错位排列时，两层金属网上相邻的所述截止圆波导单元中心位置之间的连线与水平线的夹角为30-60°
[0014] 本发明提出的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构中，所述金属膜的厚度为15μm-0.3mm，所述第一截止圆波导阵列金属网和所述金属膜之间的间距为0.1mm-1.0mm。
[0015] 本发明提出的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构中，所述截止圆波导阵列金属结构的材质为铜或铝。
[0016] 本发明提出的基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构中，所述第一截止圆波导阵列金属网和所述第二截止圆波导阵列金属网上的所述截止圆波导单元错位排列时的屏蔽效能为：
[0017]
[0018] 式中，SEdB为单层截止圆波导阵列金属网的屏蔽效能，Γt为单层屏蔽体内x＝t位置处的反射系数，h为所述第一截止圆波导阵列金属网(21)和所述第二截止圆波导阵列金属网(22)的间距；
[0019] 式中，KD为屏蔽效能的修正系数，其公式为：
[0020] KD＝20lg[X(l)Y(θ)]；
[0021] 式中，X(l)为所述第一截止圆波导阵列金属网和所述第二截止圆波导阵列金属网上相邻的所述截止圆波导单元中心位置之间的距离的函数；Y(θ)为所述第一截止圆波导阵列金属网和所述第二截止圆波导阵列金属网上相邻的所述截止圆波导单元中心位置处的夹角角度的函数。
[0022] 本发明基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构可对入射的高功率微波进行大幅度衰减，实现宽频带的电磁屏蔽。
[0023] 本发明基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构通过系统圆周边缘固定。
[0024] 本发明提供的基于双层截止圆波导阵列的金属网/膜结构是一个实现高功率微波防护的电磁屏蔽结构。当高功率微波入射时，截止圆波导对入射功率进行衰减；基于截止圆波导阵列的金属网/膜结构通过吸收损耗、反射损耗和多次反射损耗以及修正系数等提高电磁屏蔽性能；双层截止圆波导阵列的金属网/膜使屏蔽结构的等效厚度减小，可减轻屏蔽结构的重量，第二层金属膜的使用使屏蔽结构的重量进一步减小；改变双层截止圆波导阵列的金属网/膜之间的距离可改变双层防护的屏蔽效能；双层孔阵错位排列可通过选择合适的距离和夹角使屏蔽效能最大。截止圆波导孔径越小，相邻截止圆波导的间距越大，基于双层截止圆波导阵列的金属网/膜结构的屏蔽效能越高。
[0025] 本发明优点是成本低、重量轻、频带宽、屏蔽效能高，能很好地实现对高功率微波的电磁防护。双层截止圆波导阵列的金属网/膜实现屏蔽结构的轻量化；截止圆波导及其阵列实现屏蔽结构的宽频带；双层孔阵及错位排列增大屏蔽结构的屏蔽效能，实现对高功率微波的有效电磁防护。
附图说明
[0026] 图1为本发明基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构的示意图。
[0027] 图2为实施例1中截止圆波导阵列金属结构的结构示意图。
[0028] 图3为实施例1中截止圆波导阵列金属结构的纵剖截面图。
[0029] 图4为实施例2中截止圆波导阵列金属结构的结构示意图。
[0030] 图5为实施例2中截止圆波导阵列金属结构的纵剖截面图。
具体实施方式
[0031] 结合以下具体实施例和附图，对本发明作进一步的详细说明。实施本发明的过程、条件、实验方法等，除以下专门提及的内容之外，均为本领域的普遍知识和公知常识，本发明没有特别限制内容。
[0032] 如图1-5所示，本发明提出了一种基于双层截止圆波导阵列金属网/膜的电磁屏蔽结构，包括：截止圆波导单元1和截止圆波导阵列金属结构2。
[0033] 本发明中，截止圆波导阵列金属结构2由第一截止圆波导阵列金属网21和第二截止圆波导阵列金属网22组成，或由第一截止圆波导阵列金属网21和金属膜23组成。截止圆波导单元1设置在第一截止圆波导阵列金属网21和第二截止圆波导阵列金属网22上。
[0034] 本发明中，第一截止圆波导阵列金属网21和第二截止圆波导阵列金属网22上的截止圆波导单元1同位或错位排列。
[0035] 本发明中，电磁屏蔽结构的直径为10cm-20cm。
[0036] 本发明中，截止圆波导单元1的直径为0.1mm-1mm，电磁屏蔽结构的频率范围为0.3GHz-5GHz。
[0037] 本发明中，相邻的截止圆波导单元1中心位置之间的距离为2.5mm-5mm。
[0038] 本发明中，第一截止圆波导阵列金属网21和第二截止圆波导阵列金属网22的厚度为0.1mm-0.4mm，两层的间距为0.5mm-2.5mm。
[0039] 本发明中，第一截止圆波导阵列金属网21和第二截止圆波导阵列金属网22上的截止圆波导单元1错位排列时，两层金属网上的截止圆波导单元1中心位置之间的距离为0.9mm-2.7mm，其中心位置的连线与水平线的夹角为30-60度。
[0040] 本发明中，金属膜23的厚度为15μm-0.3mm，第一截止圆波导阵列金属网21和金属膜23之间的间距为0.1mm-1.0mm。
[0041] 本发明中，第一截止圆波导阵列金属网21、第二截止圆波导阵列金属网22和金属膜23的材质为铜或铝。
[0042] 实施例1
[0043] 参阅图2-3，本实施例提供一种基于双层截止圆波导阵列金属网的电磁屏蔽结构，包括截止圆波导单元1、截止圆波导阵列金属结构2；其中，第一截止圆波导阵列金属网21和第二截止圆波导阵列金属网22上的截止圆波导单元1孔阵错位排列。当高功率微波照射时，电磁屏蔽结构可对入射功率进行大幅度衰减，实现对高功率微波的电磁防护。
[0044] 本实施例电磁屏蔽结构的材料为铜。
[0045] 本实施例电磁屏蔽结构通过系统圆周边缘固定。
[0046] 图2中，白色圆孔为第一截止圆波导阵列金属网21上的截止圆波导单元1，灰色圆孔为第二层的第二截止圆波导阵列金属网22上的截止圆波导单元1，d为截止圆波导单元1的直径，c为相邻截止圆波导单元1中心之间的距离，l为第一层截止圆波导单元1中心位置和相邻第二层截止圆波导单元1中心位置之间的距离，θ为第一层截止圆波导单元1中心位置和相邻第二层截止圆波导单元1中心位置之间连线与水平线的夹角，D为截止圆波导阵列金属结构2的直径。
[0047] 本实施例电磁屏蔽结构的直径D为10cm，截止圆波导单元1的直径d为0.4mm，相邻截止圆波导单元1中心之间的距离c为2.6mm，两层金属网的厚度相等，每层金属网的厚度t为0.2mm，层间距h为0.5mm。两层金属网上的截止圆波导单元1中心位置之间的距离l为1.84mm，其中心位置的连线与水平线的夹角θ为45度。此时屏蔽效能为205dB。
[0048] 本实施例的工作频率范围为0.3GHz－5GHz。
[0049] 实施例2
[0050] 参阅图4-5，本实施例提供一种基于双层截止圆波导阵列金属网—金属膜的混合电磁屏蔽结构，包括截止圆波导单元1、第一截止圆波导阵列金属网21和金属膜23。当高功率微波照射时，截止圆波导阵列金属网—金属膜的混合电磁屏蔽结构可对入射功率进行大幅度衰减，实现对高功率微波的电磁防护。
[0051] 本实施例电磁屏蔽结构金属材料为铜。
[0052] 本实施例电磁屏蔽结构通过系统圆周边缘固定。
[0053] 本实施例电磁屏蔽结构的直径的直径D为10cm，截止圆波导单元1的直径d为0.4mm，相邻截止圆波导单元1中心之间的距离c为2.6mm，第一截止圆波导阵列金属网21的厚度t1为0.2mm；金属膜23的厚度t2为20μm，层间距h1为0.5mm。此时屏蔽效能为230dB。
[0054] 本实施例的工作频率范围为0.3GHz－5GHz。
[0055] 本发明根据屏蔽原理，单层截止圆波导阵列金属网的屏蔽效能SE主要包括吸收损耗A、反射损耗R以及多次反射损耗B三个部分，同时增加一些修正系数K1、K2、K3，其表达式为：
[0056] SE＝20lg A+20lg R+20lg B+K1+K2+K3；
[0057] 式中，K1为单位面积内截止圆波导单元1的修正系数，K2为低频入射电磁波的穿透系数，K3为相邻截止圆波导单元1之间相互影响的修正系数。当截止圆波导单元1的孔径时，单层截止圆波导阵列金属网的屏蔽效能SE可以近似为：
[0058] 电场：
[0059] 磁场：
[0060] 式中，c为相邻截止圆波导单元1中心的间距，单位为cm；D为圆形截止圆波导阵列金属网的直径，单位为cm；d为截止圆波导单元1的直径，单位为cm；t为圆形截止圆波导阵列金属网的厚度，即截止圆波导单元1的深度，单位为cm。
[0061] 对于双层截止圆波导阵列金属网的防护结构，当第一截止圆波导阵列金属网21和第二截止圆波导阵列金属网22的结构相同、材料相同、厚度相等时，其总屏蔽效能为：
[0062]
[0063] 式中，SEdB为单层截止圆波导阵列金属网的屏蔽效能，Γt为单层屏蔽体内x＝t位置处的反射系数，h为第一截止圆波导阵列金属网21和第二截止圆波导阵列金属网22的间距。
[0064] 针对双层错位截止圆波导阵列金属网结构，本发明首次提出了一个新的屏蔽效能影响因子KD。当双层截止圆波导金属网阵列的孔阵错位排列时，其屏蔽效能变为：
[0065]
[0066] 式中，KD为双层错位孔阵结构屏蔽效能的修正系数，其公式为：
[0067] KD＝20lg[X(l)Y(θ)]；
[0068] 式中，X(l)为第一层截止圆波导单元1中心位置和相邻第二层截止圆波导单元1中心位置的间距l的函数，当 时，X(l)随l的增大而逐渐增大；Y(θ)为第一层截止圆波导单元1中心位置和相邻第二层截止圆波导单元1中心位置处的夹角角度θ的函数，θ的变化范围为0-90°，当θ为45°时，Y(θ)有最大值。
[0069] 与现有技术相比，本实施例基于双层截止圆波导阵列的金属网(膜)结构具有成本低、重量轻、频带宽、屏蔽效能高等优点，能很好地实现对高功率微波的电磁防护。
[0070] 本发明的保护内容不局限于以上实施例。在不背离发明构思的精神和范围下，本领域技术人员能够想到的变化和优点都被包括在本发明中，并且以所附的权利要求书为保护范围。
