时变电磁场与电磁波课件分享：谢处方.ppt

*************************************屏蔽技术电磁屏蔽原理电磁屏蔽通过反射和吸收两种机制阻止电磁波传播。对于导电材料，入射电磁波在界面处部分反射，穿透部分在材料内迅速衰减；对于磁性材料，通过磁滞和涡流损耗吸收电磁能量。屏蔽效能受材料性质、厚度、频率和入射角影响，通常用分贝表示，SE?????=SE??f??c????+SE?b????????+SE??????????f??c????。屏蔽材料屏蔽材料主要包括金属、导电聚合物和复合材料。金属（如铜、铝、钢）具有高导电率，适合屏蔽高频辐射；铁磁材料（如钢、镍合金）适合屏蔽低频磁场；导电聚合物和碳纤维复合材料轻便灵活，易于加工成各种形状。材料选择需考虑频率范围、屏蔽要求、重量、成本、可加工性和环境适应性等因素。屏蔽效果评估屏蔽效果评估方法包括理论计算、仿真分析和实验测量。实验测量通常采用屏蔽室和屏蔽柜法、线天线法或双线传输线法，按照国际标准（如IEEE299、ASTMD4935）进行。评估需考虑屏蔽体上的开孔、缝隙和电缆穿越对屏蔽效能的影响，这些不连续性通常是屏蔽系统的薄弱环节，需要特别处理，如使用导电密封垫、滤波器和穿墙套管等。接地技术接地类型接地系统根据功能可分为安全接地、信号接地和屏蔽接地。安全接地保护人员和设备免受电击危险；信号接地为电子电路提供稳定的参考电位；屏蔽接地为屏蔽层提供有效的泄放路径。根据结构可分为单点接地、多点接地和混合接地。低频系统通常采用单点接地避免环路；高频系统宜采用多点接地减小阻抗，混合接地综合了两种接地方式的优点。接地网设计接地网设计需考虑土壤电阻率、故障电流、接地电阻要求和系统频率等因素。接地网通常由接地体（如接地棒、接地板）和连接导体组成。设计方法包括经验公式法、解析法和数值法（有限元法）。设计指标包括接地电阻、接触电压和跨步电压等。根据IEC标准，通信设备接地电阻通常要求小于4欧姆，特殊场合要求可能更严格。等电位连接等电位连接是将系统中所有导电部分连接在一起，使它们保持相同电位的技术，是消除共模干扰的有效手段。等电位连接包括主等电位连接（连接所有主要系统）和辅助等电位连接（局部区域内的连接）。连接导体应具有足够的横截面积，接点应保持良好接触。等电位连接应形成网状结构，特别是在高频系统中，以减小阻抗和抑制谐振。第九章：数值计算方法1有限差分法直接将微分方程离散化，计算简单2有限元法适合复杂几何结构，广泛应用3矩量法基于积分方程，计算开放区域高效电磁场问题的解析解仅适用于具有高度对称性的简单结构，而实际工程中的电磁问题通常具有复杂的几何形状和非均匀介质分布，需要借助数值计算方法求解。常用的数值方法包括有限差分法、有限元法和矩量法。这些方法各有特点和适用范围，选择合适的方法对于高效准确求解电磁场问题至关重要。随着计算机技术的发展，电磁场数值计算已成为电磁场分析和设计的主要工具。商业仿真软件（如HFSS、CST、COMSOL等）基于这些数值方法，提供了友好的建模环境和强大的后处理功能，大大提高了电磁设计的效率和准确性。有限差分法基本原理有限差分法通过差分近似替代微分方程中的导数，将连续问题转化为离散代数方程组。该方法直接对麦克斯韦方程或波动方程进行离散化，使用中心差分或向前/向后差分替代偏导数。有限差分法的优点是概念清晰、实现简单；缺点是对不规则边界处理困难，且网格剪裁效应可能导致数值色散。时域有限差分法（FDTD）时域有限差分法是求解时变电磁场问题的有力工具，由Yee提出。FDTD使用交错网格，将电场和磁场在空间和时间上错开半个网格，形成跃蛙迭代格式。FDTD能够直接模拟电磁波随时间的传播过程，适合宽带频域响应分析。FDTD的稳定性由CFL条件约束，要求时间步长小于空间网格对应的传播时间。应用实例FDTD广泛应用于天线分析、微波器件设计、电磁兼容和散射问题等领域。例如，在天线设计中，FDTD可以模拟天线的辐射特性、输入阻抗和S参数；在电磁兼容分析中，可以评估电磁屏蔽效能和串扰问题；在光学中，可以研究光子晶体、表面等离子体和纳米光学现象。FDTD的并行化实现使其能够处理大规模电磁问题。有限元法1基本步骤有限元法的基本步骤包括：1)问题定义：确定求解区域、边界条件和材料参数；2)离散化：将求解区域划分为有限个单元；3)建立局部方程：在每个单元上构造近似解；4)组装全局方程：将局部方程组装成全局方程组；5)引入边界条件；6)求解方程组；7)后处理：计算其他感兴趣的物理量。有限元法基于变分原理或加权余量法，将偏微分方程转化为代数方程组。2网格划