专利名称：腔体结构周围电磁环境强度的判别方法
技术领域：
本发明涉及电磁防护领域，具体涉及一种腔体结构周围电磁环境强度的判别方法。
背景技术：
船舶平台上，散射体所包围的开放空间(没有明确的封闭边界)可视为一种腔体 结构。构成腔体结构的散射体为敏感设备。腔体对电磁环境具有放大作用，使得周围敏感 设备所处的电磁环境超过标准规定的限值，进而引发电磁安全性问题。随着各种载体装备的敏感设备和系统数量增加，使得载体平台空间日渐拥挤，腔 体电磁效应带来的电磁危害性问题将日益严重。因此，在船舶平台总体设计方案初步确定， 敏感设备和强辐射源的几何尺寸和布置位置已知的前提下，如何对强辐射源周围由敏感设 备构成的腔体结构附近电磁环境强度进行预估，是加强敏感设备和船舶平台电磁安全性设 计和电磁防护设计能力的一道难题。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种腔体结构周围电磁环境强度的判别方法， 为敏感设备电磁安全性设计和电磁防护设计提供参考依据。本发明为解决上述技术问题所采取的技术方案为腔体结构周围电磁环境强度的 判别方法，其特征在于它包括以下几个步骤1)依照船舶设计方案，在商用电磁场仿真软件中建立船舶平台，船舶平台上包括 辐射天线和散射体，在两个散射体周围任取一点作为观察点；2)运用商用电磁场仿真软件，获取观察点的电场强度随辐射天线工作频率的响应 曲线，若响应曲线出现了明显的场强尖峰，则说明这两个散射体构成了腔体结构，并在场强 尖峰所对应的频率时出现腔体电磁效应；3)设与辐射天线距离较近的散射体为第一个散射体，与辐射天线距离较远的散射 体为第二个散射体，获取辐射天线到第一个散射体的直线距离D、第一个散射体的长度a、 第一个散射体与第二个散射体的间距d、辐射天线的最大尺度L，所有长度单位均为米；4)第一次判断通过下列公式判断腔体在辐射天线工作的短波全频段范围内位 于辐射天线的何种场区a、若+ Ω +，则说明腔体处于辐射天线的近场区；b、若(￡) + α)〉|，则说明腔体处于辐射天线的远场区；C、若(1) + +幻〉_或(￡> +妁<|，则说明腔体的一部分处于辐射天线的近场 区，另一部分处于辐射天线的远场区；5)根据第一次判断结果，判别腔体周围电磁环境强度
若腔体处于的场区为上述步骤a，则说明腔体周围电场强度较大，结束判断；若腔 体处于的场区为上述步骤b，则说明腔体周围电场强度较小，但腔体电磁效应依旧存在，结 束判断；若腔体处于的场区为上述步骤c，则进行第二次判断。6)第二次判断依据出现腔体电磁效应的频率f'，判断出现腔体电磁效应时腔 体所处辐射天线的场区，f'单位为MHz d、若(D + a + i0<|/，则说明此时腔体处于近场区；e、若(Z) + fl)〉|/’，则说明此时腔体处于远场区；f、若(￡> + +句>|/且(1) +妁<|/，则说明此时腔体的一部分处于辐射天线
的近场区，另一部分处于辐射天线的远场区；7)根据第二次判断的结果，判别腔体结构周围电磁环境强度若腔体处于的场区为上述步骤d，腔体周围电场强度较大；若腔体处于的场区为 上述步骤e，腔体周围电场强度较小但腔体电磁效应依旧存在；若腔体处于的场区为上述 步骤f，腔体周围电场强度次之。按上述方案，所述的商用电磁场仿真软件为FEKO软件。按上述方案，所述的船舶平台上包括有两个或两个以上散射体。本发明所依据的电磁学理论为围绕着辐射天线的场可划分为两个主要的区域， 接近天线的区域称为近场区或菲涅耳(Fresnel)区，离辐射天线较远的称为远场区或夫琅
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和费(Fraimhofer)区。两区的分界面可取为半径W =；式中，R表示从观察点到天线的λ。
距离；L表示天线的最大尺度；λ表示工作波长。根据上述近远场关系式，构建了其与第一 个散射体长度a、两个散射体间距d、辐射天线到第一个散射体的直线距离D之间的相关性， 从而初步判别出腔体在辐射天线工作频率的短波全频段范围内位于辐射天线的何种场区。在短波全频段范围内，腔体全部位于天线的近场区，则满足如下关系式
/Φ,30]⑴式中，f表示辐射天线的工作频率。在短波全频段范围内，腔体全部位于天线的远场区，则满足如下关系式
300χ(￡> + α) …、2
f <-SL 300χ(Ζ) + α) ^ , 、L2
\J2L2 =^ -H——^->30 =^ (D + a)> —
2 丄2v ‘ 5
t/e[3,30](2) 在短波全频段内，腔体部分位于天线的近场区，其余部分位于天线的远场区，则满 足如下关系式<formula>formula see original document page 5</formula>当满足(3)或(4)时，则需要依据出现腔体电磁效应的频率f'，进一步判断此时 腔体所处辐射天线的场区。腔体位于远场，则满足如下关系式
<formula>formula see original document page 5</formula>腔体部分位于近场、部分位于远场，则满足如下关系式
<formula>formula see original document page 5</formula>腔体位于近场，则满足如下关系式
<formula>formula see original document page 5</formula>当船舶平台上有多个散射体构成的腔体时，可以转换为两个散射体构成的腔体， 用本方法加以判断。本发明的有益效果为1、对强辐射源周围由敏感设备构成的腔体结构附近电磁环 境强度进行预估；2、为敏感设备电磁安全性设计和电磁防护设计提供参考依据。
图1为本发明的流程2为腔体结构示意3为观察点的电场强度随辐射天线工作频率的响应曲线
具体实施例方式图1为本发明的流程图，依照船舶设计方案，在FEKO软件中建立船舶平台，船舶平 台上有辐射天线和两个散射体，如图2所示，其中，第一个散射体长度a = 2. 3m,宽度b = 1. 96m,高度c = 6. 3m ；第一个散射体与第二个散射体的间距d = 1. 2m。辐射天线的馈点坐 标为(_5，0，0)，即辐射天线到第一个散射体的直线距离D = 5m。辐射天线长度L= 10m，发 射功率为2000W。需要研究的观察点P的坐标为(1. 2,0. 98，6. 6)。假设只有第一个散射体，运用FEKO软件计算分析，获取观察点P的电场强度随辐 射天线工作频率的响应曲线(作为参考曲线)；假设有第一个散射体和第二个散射体，运用 FEKO软件计算分析，获取观察点P的电场强度随辐射天线工作频率的响应曲线，如图3所 示。两条响应曲线对比后发现，当存在两个散射体时，出现了明显的场强尖峰现象，因此，图 2中的两个散射体构成了腔体结构，并在场强尖峰所对应的频率时出现腔体电磁效应。
将D、a、d、L 分别代入公式(1)、⑵、(3)和(4)，发现<formula>formula see original document page 6</formula> (3)和(4)，说明在
短波全频段内，腔体的一部分位于近场区，另一部分位于远场区。根据理论推导，需要依据出现腔体电磁效应的频率f'，进一步判断此时腔体所处 辐射天线的场区。由图3可知，出现腔体电磁效应的频率f' = 18MHz，则=12。由于
<formula>formula see original document page 6</formula>，满足公式(7)，说明出现腔体电磁效应时腔体位于辐射天线的近场 区，腔体周围电场强度较大。
权利要求
腔体结构周围电磁环境强度的判别方法，其特征在于它包括以下几个步骤1)依照船舶设计方案，在商用电磁场仿真软件中建立船舶平台，船舶平台上包括辐射天线和散射体，在两个散射体周围任取一点作为观察点；2)运用商用电磁场仿真软件，获取观察点的电场强度随辐射天线工作频率的响应曲线，若响应曲线出现了明显的场强尖峰，则说明这两个散射体构成了腔体结构，并在场强尖峰所对应的频率时出现腔体电磁效应；3)设与辐射天线距离较近的散射体为第一个散射体，与辐射天线距离较远的散射体为第二个散射体，获取辐射天线到第一个散射体的直线距离D、第一个散射体的长度a、第一个散射体与第二个散射体的间距d、辐射天线的最大尺度L，所有长度单位均为米；4)第一次判断通过下列公式判断腔体在辐射天线工作的短波全频段范围内位于辐射天线的何种场区a、若则说明腔体处于辐射天线的近场区；b、若则说明腔体处于辐射天线的远场区；c、若或则说明腔体的一部分处于辐射天线的近场区，另一部分处于辐射天线的远场区；5)根据第一次判断结果，判别腔体周围电磁环境强度若腔体处于的场区为上述步骤a，则说明腔体周围电场强度较大，结束判断；若腔体处于的场区为上述步骤b，则说明腔体周围电场强度较小，但腔体电磁效应依旧存在，结束判断；若腔体处于的场区为上述步骤c，则进行第二次判断。6)第二次判断依据出现腔体电磁效应的频率f′，判断出现腔体电磁效应时腔体所处辐射天线的场区，f′单位为MHzd、若则说明此时腔体处于近场区；e、若则说明此时腔体处于远场区；f、若且则说明此时腔体的一部分处于辐射天线的近场区，另一部分处于辐射天线的远场区；7)根据第二次判断的结果，判别腔体结构周围电磁环境强度若腔体处于的场区为上述步骤d，腔体周围电场强度较大；若腔体处于的场区为上述步骤e，腔体周围电场强度较小但腔体电磁效应依旧存在；若腔体处于的场区为上述步骤f，腔体周围电场强度次之。FSA00000090871000011.tif,FSA00000090871000012.tif,FSA00000090871000013.tif,FSA00000090871000014.tif,FSA00000090871000015.tif,FSA00000090871000016.tif,FSA00000090871000017.tif,FSA00000090871000018.tif
2.根据权利要求1所述的腔体结构周围电磁环境强度的判别方法，其特征在于所述 的商用电磁场仿真软件为FEKO软件。
3.根据权利要求1或2所述的腔体结构周围电磁环境强度的判别方法，其特征在于 所述的船舶平台上包括有两个或两个以上散射体。
全文摘要
本发明提供了一种腔体结构周围电磁环境强度的判别方法，依照船舶设计方案，在商用电磁场仿真软件中建立船舶平台，依据电磁学理论根据辐射天线周围近远场关系式，构建了其与散射体和辐射天线的各项参数之间的相关性，从而初步判别出腔体在辐射天线工作频率的短波全频段范围内位于辐射天线的何种场区；若腔体一部分处于远场区、另一部分处于近场区，则再根据出现腔体电磁效应的频率，进一步判断此时腔体所处辐射天线的场区。本发明对强辐射源周围由敏感设备构成的腔体结构附近电磁环境强度进行预估，为敏感设备电磁安全性设计和电磁防护设计提供参考依据。
文档编号G01R29/08GK101819237SQ20101014609
公开日2010年9月1日 申请日期2010年4月8日 优先权日2010年4月8日
发明者侯冬云, 宋东安, 张崎, 易学勤, 潘晓敏, 黄松高 申请人:中国舰船研究设计中心