0 引　言

为了保护船用通信设备在船用甚高频通信频段（156~165 MHz）内处于低噪声的电磁环境中，国内外制定了相应的公约条款对该频段提出了更高的要求^{[1 – 4]}，CISPR 16-2-3无线电干扰和抗干扰测量仪器和方法进行了详细的规定^[5]，如图1所示。屏蔽技术是使船用电子设备满足该要求的有效手段。而箱体谐振特性是决定屏蔽效能好坏的重要因素，本文将从船用通信频段孔腔耦合谐振特性展开研究。

带孔缝腔体的电磁谐振现象可分为3种表现形式：腔体谐振、孔缝谐振和孔缝-腔体耦合谐振^[6]。电磁谐振的3种形式中，腔体谐振占主导因素^[7]。孔缝谐振可分为由截面尺寸引起的横向谐振及由纵向尺寸引起的传输腔体谐振^[8]，孔缝谐振只在孔缝附近产生影响。孔腔耦合谐振可看作是孔缝对腔体谐振的影响，腔体与外部空间通过孔缝产生耦合，因此分析困难。

孔缝腔体耦合谐振没有固定的谐振模式，国内外的研究相对较少^[9]。本文通过改变缝隙的结构参数，分析在船用通信频段的孔腔耦合谐振特性，研究结果在船用屏蔽箱体设计中抑制或控制船用通信频段电磁耦合谐振具有一定参考价值。

1 孔腔耦合谐振的形成及其特性分析

研究对象为外部平面波垂直入射的带缝屏蔽箱体，箱体尺寸为：1 326 mm×500 mm×1 326 mm（a×b×d），箱体厚度为t=2 mm，箱体材料为铝。在箱体右侧壁面中心（y=250 mm）开一道平行于z轴的缝隙，缝隙尺寸为L×1 mm×2 mm（l×w×h），L依次选择为200 mm，400 mm，600 mm，800 mm，1 000 mm，1 322 mm，作为对比，以一个20 mm×20 mm的方形孔洞代替缝隙。在腔体内部中心设场强探针P，计算模型如图所示，频率范围选择0~500 MHz，覆盖了156~165 MHz的船用通信频段。

平面波沿X轴负向垂直入射，平面波电场方向与Z轴垂直。计算观测点P处电场强度随频率的变化（E-f曲线图），结果如图3所示。

由图3（a）可知，小方形孔与200 mm缝的箱体模型，谐振频点几乎保持一致，谐振点都是腔体自然谐振频点。

根据图3（b）及图3（c），列出表1如下（其中，SR_m表示缝隙谐振频点，SCR_n表示孔腔耦合谐振频点）：

L=1 322 mm时，SR₃及TE₁₀₁谐振模在y=250 mm剖面的场强分布如图4所示。

L=800 mm时，SCR₃谐振在y=250 mm剖面内部场强分布如图5所示。

对比图4和图5可知，孔腔耦合谐振和腔体谐振的区别在于，SCR场分布图中缝隙处的驻波覆盖更大的横向面积，且缝隙与腔体内部驻波关联更加紧密。

基于以上3张E-f曲线图、表格数据及场分布图的对比分析可知：

1）当800 mm≤L≤1 000 mm时，产生与TE₁₀₁模的耦合谐振现象；

2）随着缝隙长度的递增，出现在0~500 MHz的谐振频点数由0变为2，且缝隙谐振频点频率不断变低；

3）孔腔耦合谐振和腔体谐振的区别在于，SCR场分布图中缝隙处的驻波覆盖更大的横向面积，与腔体内驻波连接更加紧密；

4）孔腔耦合谐振和缝隙谐振的区别在于，SCR场分布中缝隙处的场强值比缝隙谐振更大（对比E-f曲线）。

2 孔缝结构参数对耦合谐振特性的影响

本文以850 mm×1 mm×2 mm为缝隙初始模型，研究缝隙的分段情况、缝隙宽度、缝隙厚度、缝隙位置及缝隙数量对电磁耦合谐振特性的影响规律。

2.1 缝隙分段对耦合谐振特性的影响

依次将850 mm的缝隙等长截成1段、2段、3段，对应的E-f曲线如图6所示。

由图6可知，不分段的条件下，产生孔腔耦合谐振SCR₇，频率为157.5 MHz和178 MHz，谐振幅值都较大；截成2段的条件下，缝隙谐振频率与腔体谐振TE₁₀₃及TE₃₀₁频率接近，产生了孔腔耦合谐振SCR₈，频率为346 MHz和364 MHz；截成3段的条件下，0~500 MHz频段内，不存在孔腔耦合谐振且无缝隙谐振频率。

2.2 缝隙宽度及厚度对耦合谐振特性的影响

依次将缝隙宽度、厚度设为1 mm、2 mm及3 mm，对应的E-f曲线如图7和图8所示。

由图7可知，随着缝隙宽度变大，除耦合谐振频点幅值略有下降以外，整个频段内场强值都略有变大。由图8可知，随着缝隙厚度的变大，发生在船用通信频段内的耦合谐振场强值几乎不变，表明由缝隙横向谐振形成的孔腔耦合谐振。

2.3 缝隙沿Y轴坐标位置对耦合谐振特性的影响

使缝平行于Z轴，依次将缝隙设置250 mm、y=374 mm及y=498 mm的腔体右壁上，对应的E-f曲线如图9所示。

由图9可知，3种缝隙位置条件下，船用通信频段内发生的耦合谐振场强值几乎不变。但缝隙=374 mm及y=498 mm处都激发了腔体谐振其他模式谐振。

2.4 缝隙数量耦合谐振特性的影响

在沿着腔体右壁中心对称地设置1~5条缝隙（y=250 mm，y=374 mm，y=126 mm，y=498 mm，y=2 mm），对应的E-f曲线如图10所示。

由图10可知，随着缝隙数量的增多，孔腔耦合谐振的2个频点场强值略变小同时往低频及高频转移，而2个频点的中间频率场强值略变大。2和4条缝的条件下，激励出了腔体的其他谐振模式。

通过上述仿真结果及理论分析可得知：

1）对缝隙进行分段处理，缝隙分段越多，缝隙谐振频点越高，腔体内场强值越小；

2）缝隙宽度递增时，孔腔耦合谐振的2个频点场强值略变小且同时往低频及高频小幅度偏移；

3）缝隙厚度递增时，对于由缝隙横向谐振引起的孔腔耦合谐振影响非常小；

4）缝隙偏离箱体壁中心高度时，孔腔耦合谐振特性几乎不变，且会激励出腔体的其他模式谐振；

5）缝隙数量增加时，孔腔耦合谐振的2个频点场强值略变小且同时往低频及高频转移。如果缝隙不是以腔体壁中心高度对称分布，则会激励出其他的腔体模式谐振。

3 结　语

本文采用CST电磁仿真软件，分析了在船用通信频段发生电磁耦合谐振的孔缝尺寸条件。在此基础上，分析了缝隙分段、缝隙宽度、缝隙厚度、缝隙位置及缝隙数量对耦合谐振的影响。结合腔体内部场强分布图，分析了耦合谐振与其他谐振形式的区别。

结果表明：发生孔腔耦合谐振时，腔体内部场强分布更加复杂，且此时孔缝处场强值大于缝隙谐振时的场强值；缝隙的等长分段处理能有效控制船用通信频段发生的电磁耦合谐振；缝隙宽度、厚度对孔腔耦合谐振影响较小，缝隙在腔壁不同位置激励出不同的腔体谐振模式，而多条缝隙沿腔壁中心非对称布置会激励出更多的谐振模式。

本文研究结果在船用屏蔽箱体设计中抑制或控制船用通信频段孔腔耦合谐振具有一定的参考价值。