细薄结构的时域有限差分法在电磁屏蔽中的应用研究

论文摘要

研究屏蔽体在电磁场作用下的电磁耦合机理以分析其屏蔽效能具有很高的理论意义和实用价值。本文针对薄壁含窗腔体和金属笼的电磁屏蔽问题,结合国家杰出青年科学基金项目“电磁干扰的耦合机理”(50325723)和高等学校博士学科点专项科研基金资助课题“变电站保护小室电磁屏蔽效能的研究”(20020079003),主要研究了分析薄壁含窗腔体和金属笼屏蔽效能的时域有限差分算法。通过与测量结果、其他文献或解析法的计算结果进行对比,验证了本文方法的有效性和实用性。本文取得的主要创新成果如下:1.提出了基于时域有限差分算法的计算无限大导体和介质薄片电磁屏蔽效能的电磁场数值计算方法。推导出腔体棱角处电磁场分量的时域有限差分法迭代格式,进而提出了基于时域有限差分法的计算薄壁含窗腔体屏蔽效能的电磁场数值计算方法。通过与解析法的计算结果以及测量结果进行比较,验证了本文算法的正确性和有效性。2.提出了基于时域有限差分法的计算无限大多层导体和介质薄片电磁屏蔽效能的电磁场数值计算方法。通过与解析法的计算结果进行对比,验证了本文算法的正确性和有效性。进而,比较从腔体窗口耦合进去和从腔体壁透射进去的电磁场,由结果可知,当腔壁中金属膜厚度比其趋肤深度薄时,某些频率下,从腔体壁透射进去的电磁波比从窗口耦合进去的电磁波还要大。3.提出了基于Z变换和时域有限差分法的模拟色散媒质薄片的电磁场数值计算方法。用该方法计算了加膜理想导体对电磁波的反射和含色散媒质片波导的截止频率,并与其他文献和解析法的计算结果进行了对比,说明本文算法的正确性和有效性。4.提出了基于时域有限差分法的计算金属笼屏蔽效能的电磁场数值计算方法。通过与矩量法的计算结果进行比较,验证了本文算法的有效性。5.分析了影响含窗腔体及金属笼电磁屏蔽效能的因素,包括入射波的频率、窗口的大小、窗口的多少以及细导线的半径、金属笼网格的密度,得出一些有工程应用价值的规律。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 选题的背景与意义
• 1.1.1 电磁兼容问题
• 1.1.2 电磁场数值计算方法
• 1.1.3 电磁屏蔽问题
• 1.2 国内外的研究概况
• 1.2.1 含窗腔体的屏蔽效能
• 1.2.2 金属笼的屏蔽效能
• 1.2.3 时域有限差分法
• 1.3 本文主要工作
• 第二章 分析薄壁含窗腔体屏蔽效能的时域有限差分法
• 2.1 引言
• 2.2 时域有限差分法的基本原理
• 2.2.1 时域有限差分法的基本方程
• 2.2.2 环路积分解释
• 2.3 分析无限大导体和介质薄片屏蔽效能的子网格算法
• 2.3.1 算法
• 2.3.2 算法验证
• 2.4 分析薄壁含窗腔体屏蔽效能的时域有限差分法
• 2.4.1 算法
• 2.4.2 算法验证
• 2.5 小结
• 第三章 分析多层薄片屏蔽效能的时域有限差分法
• 3.1 引言
• 3.2 分析多层薄片屏蔽效能的子网格算法
• 3.2.1 算法
• 3.2.2 算法验证
• 3.3 含窗腔体通过窗的耦合与封闭腔体通过薄壁透射的对比
• 3.3.1 算法
• 3.3.2 腔体通过窗孔耦合与通过薄壁透射的对比
• 3.4 小结
• 第四章 模拟色散媒质薄片的时域有限差分法
• 4.1 引言
• 4.2 模拟色散媒质薄片的子网格算法
• 4.2.1 算法
• 4.2.2 算法验证
• 4.2.2.1 镀膜理想导体对电磁波的反射
• 4.2.2.2 加载波导的截止频率
• 4.3 小结
• 第五章 分析金属笼屏蔽效能的时域有限差分法
• 5.1 引言
• 5.2 模拟细导线的子网格算法
• 5.2.1 细导线周围电磁场分量的差分方程
• 5.2.2 细导线拐点周围电磁场分量的差分方程
• 5.3 分析金属笼屏蔽效能的时域有限差分法
• 5.3.1 算法
• 5.3.2 算法验证
• 5.4 小结
• 第六章 影响含窗腔体及金属笼屏蔽效能的因素分析
• 6.1 引言
• 6.2 影响含窗腔体屏蔽效能的因素分析
• 6.2.1 入射波频率的影响
• 6.2.2 窗孔大小的影响
• 6.2.3 窗孔多少的影响
• 6.3 影响金属笼屏蔽效能的因素分析
• 6.3.1 入射波频率的影响
• 6.3.2 细导线半径的影响
• 6.3.3 网格密度的影响
• 6.4 小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 致谢
• 个人简历、在学期间发表的学术论文及研究成果