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 shield。
Because of the high conductive material will be generated a large induction current under the action of electromagnetic waves。
These currents according to Lenz's law will weaken the penetration of electromagnetic waves。
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, aluminum metal plate in an electromagnetic field environment。
Through 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 algorithm Horn antenna electromagnetic wave propagation model目录0绪论 (4)0.1课题研究的背景及意义 (4)0.2 REMCOM XFDTD (4)0.3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 (6)1.1电磁屏蔽原理 (6)1.2电磁屏蔽效能 (7)1.3影响屏蔽材料的屏蔽效能的因素 (7)1.4 时域有限差分法概述 (8)第2章.基于FDTD算法的程序设计 (10)2.1 引言 (10)2.2 基于FDTD算法的程序设计 (10)2.2.1课题设计 (10)2.2.2 创建几何模型 (11)2.2.3网格剖分 (12)2.2.4定义程序运行参数 (13)2.3 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 (15)3.1提取数据 (15)3.2计算 (19)3.3分析 (22)1.关于铜，铝，铁 (22)2关于不同厚度的金属板屏蔽效果 (24)3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 (30)0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，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50~300 倍，是工业上第一款支持MPI 并行仿真的平台。
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最关键的控制要素。
图1.电磁屏蔽原理图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()11E H 和加入屏蔽体后，辐射干扰源传输到空间同一点(P)的场强()22E H 之比，用dB （分贝）表示。
屏蔽效能表达式为 1110102220()或20(db)log log SE db SE E H E H ==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；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。