《不同材质金属板电磁屏蔽效果的对比分析》由会员分享，可在线阅读，更多相关《不同材质金属板电磁屏蔽效果的对比分析（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、郑州大学毕业设计（论文）题 目:不同材质金属板电磁屏蔽效果的对比分析指导教师：职称： 讲师学生姓名：学号:专 业：院（系）：完成时间：2013年5月20日不同材质金属板电磁屏蔽效果的对比分析摘要 高导电性材料在电磁波的作用下将产生较大的感应电流。这些电流按照楞次定律将削 弱电磁波的透入。采用的金属网孔愈密，直到采用整体的金属板（壳），屏蔽的效果愈好， 但所费材料愈多。本文主要使用XFDTD仿真软件编写基于FDTD算法的计算机仿真程序，计算出了喇叭天 线工作时在铜金属板以及与铁，铝金属板屏蔽下电场强度分布，重点记录了距离端口 60cm 平面的电磁参数，以此观察分析不同材质金属板的屏蔽效能，为金属
2、板的电磁屏蔽应用提供 科学的理论依据和定量的数据。关键词屏蔽效能金属板时域有限差分算法喇叭天线电磁波传播模型Abstact Shielding effectiveness is characterized the attenuation of electromagnetic waves on shieldo Because of the high conductive material will be generated a large induction current under the action of electromagnetic waves o These currents ac
3、cording to Lenzs law will weaken the penetration of electromagnetic waves o The metal mesh is more dense, he better the shielding effectt, until the the overall metal shell, but the more charge material used. The this thesis make use of XFdtd simulation of copper metal plate, as well as iron, alumin
4、um metal plate in an electromagnetic field environmentoThrough the comparison of different materials, thickness, and the source distance parameter, analysis the performance impact of metal shielding.:Key Words Shielding effectiveness Metal plate Finite difference time domain algorithmHorn antenna el
5、ectromagnetic wave propagation model目录0绪论40.1课题研究的背景及意义40.2 REMCOM XFDTD40.3课题研究完成的主要工作5第1章.电磁屏蔽及时域有限差分法概述61.1电磁屏蔽原理61.2电磁屏蔽效能71.3影响屏蔽材料的屏蔽效能的因素71.4时域有限差分法概述8第2章.基于FDTD算法的程序设计102.1引言102.2基于FDTD算法的程序设计102.2.1课题设计102.2.2创建几何模型112.2.3网格剖分122.2.4定义程序运行参数132.3 XFDTD设计FDTD计算程序的流程图13第3章结果的提取，计算与分析 153.1提取数
6、据153.2计算193.3分析221.关于铜，铝，铁222关于不同厚度的金属板屏蔽效果243关于距离波源端口距离不同的金属板屏蔽效果26第4章总结28致谢29参考资料300绪论0.1课题研究的背景及意义随着通信、广播、雷达、电视等无线电业务的不断增加，在整个无线电频谱 范围内，已出现拥挤不堪的现象，电磁波干扰也越来越严重。当人们需要在某一 频率上工作时，就很可能遇到较严重的电磁干扰，而要抑制或排除它却又是非常 困难和麻烦的事情。生活中，在一定的距离之内，大功率的噪声信号超过了国家标准电磁辐射 防护规定(GB8702-88)中对公众的电磁辐射安全限值，对人的健康是有危害 的。伤害主要分为非热效应
7、和热效应。电磁辐射的非热效应对人的身体造成生 理伤害，包括神经系统，感觉系统，免疫系统，内分泌系统等方面的伤害；电磁 辐射的热效应对人的伤害可能造成组织或器官不可恢复的伤害。长期处于电磁辐 射下的可能产生造成永久性病变，甚至危及生命。如何屏蔽电磁辐射，避免电磁辐射日益影响人们的生产生活和危害人们的健 康，使之更好地为人们服务，是世界各国都在研究和探索的问题。实际工作中， 大家采用了很多屏蔽方法和抑制手段，比如提高接收设备的选择性和灵敏度，增 强天线系统方向性系数和前后比，以及采用各种滤波器来抑制或排除干扰。但由 于技术条件的局限性，当采用上述措施效果仍不理想时，可采用金属板(网)电 磁屏蔽技术
8、，可在抑制某一方向上的干扰信号取得非常明显的效果，还大家一个 绿色生活环境。本课题对不同材质金属板屏蔽效果进行研究，为电磁屏蔽的实践 应用提供科学的理论依据和定量的数据。0.2 REMCOM XFDTDFDTD是直接对Maxwell方程的微分形式进行离散的时域方法，天生适合解 决宽频瞬态问题，如雷电脉冲、HIRF电磁脉冲等，各类材料问题，复杂精细结 构和电大尺寸的天线及阵列设计，电中小尺寸的天线布局问题等。FDTD方法计 算复杂度低，所需内存和计算时间与未知量成正比，仿真电大尺寸复杂精细结构 效率高。此外，通过GPU硬件加速，可以将仿真速度提升50300倍，是工业上 第一款支持MPI并行仿真的
9、平台。REMCOM XFDTD是由美国REMCOM公司开发的一款基于FDTD的全波三维电磁仿 真软件，是最好的基于FDTD方法全波三维电磁场仿真软件；。采用共形网格技 术，可以高效快速的建模及仿真单元微带贴片天线、手机天线、基站天线、WLAN 天线、分集天线以及汽车玻璃天线等，仿真模拟出阵列天线的所有参数，如有源 驻波比、阵元之间的互耦、2D和3D辐射及散射方向图、瞬态和稳态近场分布 等。非常适合仿真宽带、瞬态、复杂精细结构天线及阵列、天线布局、生物电磁 效应；瞬态宽频处理能力强、求解电大尺寸复杂精细结构效率高、适合并行、易 处理各种材料；广泛应用于天线及阵列、天线布局、微波器件、电磁兼容、生
10、物 电磁、特殊材料、光子晶体等领域。从1994年XFDTD问世以来，它被广泛应用于科研、工业设计、军工生产等方 面。在同类产品中，XFDTD依靠其高效的理论核心算法，可靠的CPU并行处理和 分布式内存仿真模块，无论从计算的精度还是仿真的效率上都具有独特的优势0.3课题研究完成的主要工作1：使用XFDTD仿真软件编写基于FDTD算法的计算机仿真程序，建立喇叭天 线模型，计算出了喇叭天线工作时在铜金属板以及与铁，铝金属板屏蔽下电场强 度分布，重点记录了距离端口 60cm平面的电磁参数2：对数据归类分析，总结出不同材质，同一材质不同厚度，同一材质不同 放置位置的屏蔽效能分析。第1章.电磁屏蔽及时域有
11、限差分法概述1.1电磁屏蔽原理在电子设备及电子产品中，电磁干扰(Electromagnetic Interference)能 量通过传导性耦合和辐射性耦合来进行传输。为满足电磁兼容性要求，对传导性 耦合需采用滤波技术，即采用EMI滤波器件加以抑制；对辐射性耦合则需采用 屏蔽技术加以抑制。在当前电磁频谱日趋密集、单位体积内电磁功率密度急剧增 加、高低电平器件或设备大量混合使用等因素而导致设备及系统电磁环境日益恶 化的情况下，其重要性就显得更为突出。屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体，将电磁波局限于某一区域内 的一种方法。由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面波，因此屏蔽 体的屏蔽性
12、能依据辐射源的不同，在材料选择、结构形状和对孔缝泄漏控制等方 面都有所不同。在设计中要达到所需的屏蔽性能，则需首先确定辐射源，明确频 率范围，再根据各个频段的典型泄漏结构，确定控制要素，进而选择恰当的屏蔽 材料，设计屏蔽壳体。如图1，所示电磁屏蔽的基本原理是：采用低电阻的导体材料，并利用电磁 波在屏蔽导体表面的反射和在导体内部的吸收以及传输过程中的损耗而使电磁 波能量的继续传递受到阻碍，起到屏蔽作用。即由金属屏蔽体通过对电磁波的反 射和吸收来屏蔽辐射干扰源的远区场，同时屏蔽场源所产生的电场和磁场分量。 由于随着频率的增高，波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相当，从而导致屏蔽体的 孔缝泄漏成为电磁屏蔽
13、最关键的控制要素。1.2电磁屏蔽效能屏蔽体对辐射干扰的抑制能力用屏蔽效能SE (Shielding Effectiveness) 来衡量，屏蔽效能的定义:没有屏蔽体时，从辐射干扰源传输到空间某一点(P) 的场强E1始)和加入屏蔽体后，辐射干扰源传输到空间同一点(P)的场强 E卜)之比，用dB(分贝)表示。22福射源1.3影响屏蔽材料的屏蔽效能的因素从上面给出的屏蔽效能计算公式可以得出一些对工程有实际指导意义的结 论，根据这些结论，我们可以决定使用什么屏蔽材料，注意什么问题。1) 材料的导电性和导磁性越好，屏蔽效能越高，但实际的金属材料不可能 兼顾这两个方面，例如铜的导电性很好，但是导磁性很差；
14、铁的导磁性很好，但 是导电性较差。应该使用什么材料，根据具体屏蔽主要依赖反射损耗、还是吸收 损耗来决定是侧重导电性还是导磁性；2) 频率较低的时候，吸收损耗很小，反射损耗是屏蔽效能的主要机理，要尽量提高反射损耗；3）反射损耗与辐射源的特性有关，对于电场辐射源，反射损耗很大；对于 磁场辐射源，反射损耗很小。因此，对于磁场辐射源的屏蔽主要依靠材料的吸收 损耗，应该选用磁导率较高的材料做屏蔽材料。4）反射损耗与屏蔽体到辐射源的距离有关，对于电场辐射源，距离越近，则 反射损耗越大；对于磁场辐射源，距离越近，则反射损耗越小；正确判断辐射源 的性质，决定它应该靠近屏蔽体，还是原理屏蔽体，是结构设计的一个重
15、要内容。5）频率较高时，吸收损耗是主要的屏蔽机理，这时与辐射源是电场辐射源 还是磁场辐射源关系不大。电场波是最容易屏蔽的，平面波其次，磁场波是最难屏蔽的。尤其是（1KHz 以下）低频磁场，很难屏蔽。对于低频磁场，要采用高导磁性材料，甚至采用高 导电性材料和高导磁性材料复合起来的材料。1.4时域有限差分法概述电磁场的分析、计算在工程技术和科学研究中都有广泛的应用。当场域边界 的几何形状比较复杂时，应用解析法（包括直接积分法、分离变量法、镜像法、 复变函数法等）分析计算会遇到很多困难，在这些情况下，可采用数值方法计算。 数值计算方法不推导场的表达式，利用计算机直接计算空间各点和E的值。随 着计算机
16、技术的发展，数值计算方法发展得很快，已经成为一门新的学科一一计 算电磁学，成为工程技术上分析计算电磁场问题的重要手段。目前已经有许多种 分析、计算电磁场的数值方法，例如：有限差分法、有限元法、矩量法、模拟电 荷法、边界元法、时域有限差分法等。可以分析计算静态电磁场，也可以分析计 算时变电磁场。由于各种数值方法的发展，使电磁场的分析计算实用化。时域有限差分法（FDTD ）是一种在时域求解电磁场与电磁波问题的数值方法。 FDTD方法把计算空间划分为一系列的元胞（Yee元胞），将麦克斯韦方程转化为 差分方程，再用具有相同电参数的Yee网格来模拟被研究的物体和空间，选取适 当的场的初始值与边界条件，然后通过计算机
