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磁屏蔽技术的仿真研究

周辉  
【摘要】:基于电磁辐射对人类健康、经济建设和国防建设的严重危害,探索有效的电磁屏蔽方案,防止电磁波辐射污染以保护环境和人体健康,防止电磁波泄漏以保障信息安全,已经成为当前国际上迫切需要解决的问题。本文综述了现有的电磁屏蔽材料的屏蔽特性,然后分析了各种屏蔽材料的电磁屏蔽原理,利用AnsoftMaxwell3D仿真软件,建立高磁导率材料、高电导率材料和高温超导材料空心圆柱体的屏蔽模型,对一个空心线圈产生的磁场进行主动屏蔽,利用三维有限元法(FEM)进行仿真分析,重点仿真研究高磁导率材料、高电导率材料和高温超导材料的电磁屏蔽特性,并对一种电流式互感器建立了全尺寸的磁屏蔽仿真模型。 首先采用高磁导率金属铁进行主动屏蔽,仿真研究了屏蔽体厚度对恒定磁场磁屏蔽效能的影响,仿真研究发现屏蔽体厚度增加,其屏蔽性能增加。然后采用高电导率金属铝进行主动屏蔽,仿真研究了屏蔽体厚度和磁场的频率对低频磁场磁屏蔽效能的影响,仿真研究发现屏蔽体厚度增加,其屏蔽性能增加;磁场频率增加,其屏蔽性能增加。当铝屏蔽体外套一层铁屏蔽层和铜屏蔽层,得到铁铝组合屏蔽体和铜铝组合屏蔽体对低频磁场进行主动屏蔽,仿真结果表明,组合屏蔽体的屏蔽性能大大提高,各种屏蔽材料最佳组合以产生最佳屏蔽性能,为电磁屏蔽开辟了一个新的研究方向。最后采用高温超导体对高频交变磁场进行主动屏蔽,由于超导体的Meissner效应,超导体表面会产生环流以抵消超导体内部磁场,使得超导体内的磁场为零,表明超导体具有完全抗磁性,可以实现恒定磁场、低频磁场和高频磁场的高效屏蔽,高温超导体具有最理想的磁屏蔽效果。 综合利用高磁导率材料、高电导率材料和高温超导材料的电磁屏蔽特点,进行电磁屏蔽新技术研究,选择最优电磁屏蔽方案,服务于社会生活、国民经济和国防工业,对电磁兼容问题的解决具有重要的理论和应用意义。


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