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截止波导管在通风窗口中的应用

电磁屏蔽是微波设备中常用的结构。传感器的安装、通风排水口的设计等位置都会牵涉到腔体内微波场和外界的互通。采用圆形金属管对微波进行屏蔽是一种常用的方法。因此,微波屏蔽效能就是个不得不考虑的参数。

屏蔽效能是指不存在屏蔽体时空间某处的电场强度E0 (或磁场强度H0)与存在屏蔽体时同一处的电场强度Es (或磁场强度Hs)之比,常用分贝(dB)表示,即:      

半径为R的圆形波导管中,最低传输模式为TE11模,对应该波导管中最大截止波长λc=3.41R。对应截止频率fc=c/λc ≈8.8R。因此,若要有效实现截止波导管对微波的屏蔽,波导管的尺寸需确保R

电磁波在截止波导管中传输的衰减常数为:

式中λ0指电磁波在真空中的波长,λc为波导管的截止波长,μr和εr分别指介质的相对磁导率和相对介电常数。

根据电磁波在传输过程中幅值的变化规律:

屏蔽能效可写成为:

由此可以计算出在对应频率和截面尺寸下屏蔽能效为S_E的截止波导管长度

下面给出915MHz微波系统中不同半径金属圆管在屏蔽能效为30dB时对应的截止波导管长度。

半径(mm) 截止波长(mm) 衰减常数 衰减倍数(dB) 截止波导管长度(mm)

5             17.05                0.368                 30                 86.0

10            34.1                 0.183                 30                 172.6

15            51.15               0.121                 30                 260.8

20            68.2                 0.090                 30                 351.1

25             85.25              0.071                 30                 444.6

30             102.3              0.058                 30                 542.2

35             119.35            0.049                 30                 645.3

40             136.4              0.042                 30                 755.3

45             153.45            0.036                 30                 874.4

50             170.5              0.031                 30                 1005.1

55             187.55           0.027                  30                 1151.4

60             204.6              0.024                 30                 1318.5

65             221.65            0.021                 30                 1514.7

70             238.7              0.018                 30                  1753.3

75             255.75            0.015                 30                  2058.1

80             272.8               0.013                30                  2476.4

85             289.85            0.010                 30                  3122.6

90             306.9               0.007                30                  4391.8

95             323.95            0.003                 30                  10582.2


当N个屏蔽效能相同的空洞排列在一起,相距小于半个波长时,造成的屏蔽效能下降为原来的20lgN/2

在实际应用中,还需考虑到腔体内能量对于波导管的耦合系数,通常情况下这个耦合系数是个非常小的值。因此在实际应用中,需要同时考虑到腔体内整体的功率密度、波导管的能量耦合系数、屏蔽能效的大小等,然后才能确定合理的截止波导长度。当然,只要微波频率远远大于波导管的截止频率,波导管的长度越长屏蔽能效越好。

                                               电磁波在金属截止管中的衰减

loo

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