Lamine Koruyucu Camın Ekranlama Etkinliği Simülasyon Hesaplamasının Basitleştirilmiş Modeli Üzerine Araştırma
Dou Long, Liu Zili, Qin Dechun, Lu Quanzhou
(Birim 63956, Pekin 100093)
Lamine koruyucu camın elektromanyetik alan sayısal hesaplamasında bölünen ızgaraların sayısını azaltmak için, tek katmanlı lamine koruyucu camın ekranlama etkinliği, Spektral Sonlu Fark Zaman Alanı (SFDTD) algoritmasına dayalı olarak simüle edilir. Schelkunoff ekranlama teorisine dayanarak, metal ağın eşdeğer iletkenliği çıkarılır ve ekranlama malzemelerinin ince yapısını simüle etmenin ve hesaplamanın zor olduğu sorunu çözen CST elektromanyetik simülasyon yazılımı kullanılarak basitleştirilmiş bir koruyucu cam simülasyon modeli oluşturulur. Simülasyon sonuçları, eşdeğer iletkenlik yönteminin yüksek hesaplama doğruluğuna sahip olduğunu ve bu da ince yapılı koruyucu malzemelerle şasi ve muhafazaların ekranlama etkinliğini hesaplamak için etkili bir yol sağladığını göstermektedir.
Lamine koruyucu cam; SFDTD; eşdeğer iletkenlik; basitleştirilmiş simülasyon modeli
Geleneksel koruyucu malzemeler esas olarak metal plakalardır ve koruyucu gövdenin fiziksel özellikleri, metal malzemenin kendisinin özellikleriyle sınırlıdır. Özel uygulamaların işlevsel gereksinimlerini karşılamak için, yeni koruyucu malzemeler genellikle malzemelerin içinde ince ve karmaşık fiziksel yapılar inşa ederek malzemelerin özel özelliklerini gerçekleştirir. İyi ışık iletim performansı ve koruma etkinliği nedeniyle, sandviç ekran camı, bilgi sızıntısını ve elektromanyetik paraziti önleyen kasa kadranları ve koruyucu ışık pencereleri üretimi için anahtar bir malzemedir [1-3]. Lamine koruyucu camın ekranlama etkinliği esas olarak cam plakalar arasına sıkıştırılan metal ağın malzemesine, yapısına ve katman sayısına bağlıdır.Metal ağ içindeki metal ağ, dikdörtgen bir boşluğa benzer, böylece lamine koruyucu cam belirli bir frekans seçiciliğine sahiptir. Ekranlama etkinliği frekansa göre değişir ve bir dağıtıcı ortam olarak kabul edilebilir. Metal ağ, milimetrenin onda biri kadar ağ benzeri bir yapıya sahip olduğundan, ağ koruyucu cam ve ekipman şasisi bir bütün olarak entegre edilirse, bilgisayar simülasyon hesaplaması çok büyük olacak, hesaplama süresi uzun, hatta imkansız olacaktır.
Sonlu fark zaman etki alanına dayalı periyodik yapı spektrum algoritması (Spektral Sonlu Fark Zaman Alanı, SFDTD) [4-6] periyodik yapı sınır koşulları kullanılabilir ve sonsuz malzemeyi tek bir periyodik yapı ile değiştirmek için malzeme yapısının periyodik değişiklikleri kullanılabilir. Hesaplamayı basitleştirme amacına ulaşmak için elektromanyetik alanın sayısal simülasyonu. Tipik periyodik yapı elektromanyetik alan sayısal algoritmaları, sonsuz periyodik yapı malzemelerinin ekranlama etkinliğini doğru bir şekilde hesaplayabilir, ancak belirli yapılarda periyodik yapı malzemeleri kullanıldığında simülasyon hesaplamaları yapmak zordur.Örneğin, koruyucu barınaklara lamine koruyucu cam uygulanır. Sığınağın genel koruma etkinliğini korumak çok zordur.
Yukarıdaki problemleri çözmek için, bu makale lamine koruyucu camın ekranlama etkinliğinin simülasyon hesaplaması için basitleştirilmiş bir model önermektedir. İlk olarak model, periyodik yapı SFDTD algoritmasına dayalı olarak tipik lamine koruyucu camın ekranlama etkinliğini hesaplar Daha sonra, Schelkunoff ekranlama teorisine [7] dayanarak, lamine koruyucu camın eşdeğer iletkenliği çıkarılır ve son olarak, çıkarılan eşdeğer iletkenlik kullanılır. CST simülasyon yazılımında, malzeme tek tip bir plakaya eşdeğerdir ve bu, malzeme koruma etkinliğinin simülasyon hesaplamasının ağ bileşenini büyük ölçüde azaltır. Bu model, periyodik ince yapılara sahip diğer koruyucu malzemelerin ekranlama etkinliğinin simülasyon analizi için de uygundur.
1 Koruyucu cam SFDTD algoritması hesaplama modeli kurulması
1.13D model oluşturma
Kafes koruyucu camın elektromanyetik koruma kabiliyeti esas olarak metal ağın yapısı ve malzeme parametreleriyle ilgilidir.Pratik uygulamalarda, metal ağı örmek için kullanılan metal tellerin çoğu silindirdir.Bu makale, ağ bölmesini basitleştirmek ve silindirin yapısını basitleştirmek içindir. Küp yapı için, metal ağın dokuma yapısı çapraz yapıyı seçer, piyasadaki ana ağ numarası standardı seçilir ve metal ağ hesaplama modeli SFDTD yöntemine göre oluşturulur.
40 gözlü, 60 gözlü, 100 gözlü, 120 gözlü ve 160 gözlü metal ağın yapısal boyutları Tablo 1'de gösterilmektedir. Metal ağın tek dönem modeli Şekil 1'de gösterilmektedir.
Metal ağın küçük ağ boyutundan dolayı, FDTD ağ bölündüğünde çok sayıda uzamsal adım üretilecektir.Bu çalışmada, metal ağ için tek bir süre almak için periyodik yapı SFDTD algoritması ve uzunluk ve genişlik yönlerinde periyodik sınır koşulları kullanılmıştır. Kalınlık, sınır koşullarını emen 16 katmanlı PML'yi benimser ve program Fortran'da yazılmıştır. Periyodik sınır koşulları, sonsuz düzlem metal ağı simüle etmek için metal ağın tek bir periyodik yapısının hesaplanmasını sağlar.
1.2 Ekranlama etkinliği ifadesi
Koruyucu malzemenin frekans alanı ekranlama etkinliği ifadesini şu şekilde hesaplayın:
Formülde: E0, gelen dalganın frekans etki alanı elektrik alan yoğunluğudur, EZ, iletilen dalganın frekans etki alanı elektrik alan yoğunluğudur.
1.3 Uyarma kaynağı seçimi
Hesaplama Gauss pulsunu [8] kullanır ve Gauss puls fonksiyonunun zaman alanlı formu
Frekans alanı ifadesi
Bunlar arasında , Gauss darbesinin genişliğini belirleyen bir sabittir ve darbe tepe noktası t = t0'da görünür. Bu makale Gauss darbesinin en yüksek frekansını alır.
2 Koruyucu cam koruma etkinliğinin simülasyon sonuçları
Şekil 2, maksimum 20 GHz frekansında (alan yoğunluğu 1 V / m) Gauss darbeleri ile ışınlandığında 100 ağ ve 160 ağ örgülü saf bakır ağın iletilen elektrik alanının zaman etki alanı dalga biçimlerini göstermektedir. Şekil 3, 40 gözlü, 60 gözlü, 100 gözlü, 120 gözlü ve 160 gözlü saf bakır ağın ekranlama etkinliğinin bir karşılaştırma diyagramıdır.
Sonuçlar analiz edildiğinde, şu bulundu: (1) Tek katmanlı bakır ağ, yaklaşık olarak aynı boyutta dikdörtgen ağlara sahip olduğundan, gelen dalganın frekansı için seçici özelliklere sahiptir ve yüksek frekanslı gelen dalganın dar deliklere nüfuz etme olasılığı daha yüksektir, bu nedenle tek katmanlı bakır ağın koruma etkinliği Gelen dalganın frekansı arttıkça azalır. (2) Metal ağların sayısı ne kadar yüksekse, delik çapı o kadar küçük, ağ yoğunluğu o kadar büyük ve koruyucu etki o kadar yüksek olur.
3 Koruyucu cam ekranlama etkinliği simülasyonunun basitleştirilmiş modelinin oluşturulması
Bu bölümde, koruyucu camın ekranlama etkinliği için basitleştirilmiş bir simülasyon modeli oluşturarak, ince ağ yapısına sahip örgülü koruyucu cam, iletkenliği frekansla değişen düz bir malzemeye eşdeğerdir, bu da ekranlama etkinliği hesaplamalarının doğruluğunu sağlayabilir ve büyük ölçüde azaltabilir. Ağ oluşturma, simülasyon hesaplama süresini etkili bir şekilde kısaltır.
3.1 Koruyucu camın eşdeğer iletkenliğinin ekstraksiyon yöntemi
Elektromanyetik darbe koruma teknolojisi prensibine göre, bir düzlem dalgası sonsuz bir iletken plakaya dik olarak geldiğinde, plakanın kalınlığı gelen dalganın dalga boyundan çok daha küçükse, aşağıdaki yaklaşık formül Schelkunoff ekranlama teorisinden ve iletim hattı teorisinden türetilebilir [9].
İletken plakanın emilim kaybı:
İletken plakanın yüzeyinde yansıma kaybı:
İletken levha malzemesinin çoklu yansıma düzeltme öğeleri:
İletken plakanın elektromanyetik ekranlama etkinliği:
T, mm cinsinden iletken plakanın kalınlığıdır; f, Hz cinsinden gelen dalganın frekansıdır; r, r, iletken plakanın bakıra göre nispi iletkenliği ve göreceli geçirgenliğidir. Hesaplamayı basitleştirmek ve ekranlama etkinliği ile iletkenlik arasında doğrudan bir bağlantı kurmak için r değeri 1 olarak alınır. sonra
Denklem (8), sonsuz iletken levha malzemesinin iletkenliği ile ekranlama etkinliği arasındaki karşılık gelen ilişkiyi gösterir.Ekranlı koruyucu camın frekans değişiklikleri ile ekranlama etkinliği bilindiği sürece, frekans değişikliklerine karşılık gelen eşdeğer iletkenlik elde edilebilir. Koruyucu camın ekranlama etkinliği, yukarıda bahsedilen SFDTD algoritması ile hesaplanabilir. Burada hesaplanan eşdeğer iletkenliğin geçirgenlikteki değişimi içerdiğine dikkat edilmelidir.Bu nedenle, malzemenin ekranlama etkinliği hesaplanırken, hesaplama sonucunun geçerliliğini sağlamak için malzemenin geçirgenliği 1 olarak ayarlanmalıdır.
120 gözlü bakır ağın ekranlama etkinliği 100 gözlü ağa benzer olduğundan, 120 gözlü bakır ağın iletkenlik çıkarma sonucu burada atlanmıştır. Şekil 5 ila 8, 40 gözlü, 60 gözlü, 100 gözlü ve 160 gözlü bakır ağların eşdeğer iletkenliğini gelen dalganın frekansı ile göstermektedir.
3.2 Basitleştirilmiş simülasyon modelinin oluşturulması
Dağıtıcı malzemenin işlevini oluşturmak için CST simülasyon yazılımı MWS stüdyosunu kullanın ve yeni bir malzeme M1 oluşturmak için 40 gözlü, 60 gözlü, 100 gözlü ve 160 gözlü bakır ağın eşdeğer iletkenliğini ve karşılık gelen frekans noktalarını dağıtıcı malzeme ayar penceresine girin. M2, M3, M4. Oluşturulan küp için, X ve Y yönlerinde periyodik sınır koşullarını ayarlayın ve kalınlık Z yönündeki soğurma sınır koşullarını ayarlayın. Uyarma kaynağı, Bölüm 2.2'deki ile aynıdır. Model, sonsuz bir düzgün düz levha malzemesine eşdeğerdir. Simülasyon çözücü, bir frekans etki alanı çözücü kullanır ve basitleştirilmiş hesaplama modeli Şekil 9'da gösterilmektedir.
3.3 Basitleştirilmiş model simülasyon sonuçları
Yeni eşdeğer malzemeler M1, M2, M3 ve M4 kullanılarak basitleştirilmiş modelin ekranlama etkinliği simülasyon sonuçları ile periyodik yapı SFDTD yöntemi ile simüle edilen bakır ağ sonuçları arasındaki karşılaştırma Şekil 10-13'te gösterilmektedir.
Ekranlama etkinliği hesaplama karşılaştırma tablosundan basitleştirilmiş modelin hesaplama sonuçlarının temelde SFDTD yönteminin hesaplama sonuçları ile tutarlı olduğu görülmektedir.Yüksek frekans kısmında 1 ~ 2 dB hata vardır ve hesaplama sonuçları daha güvenilirdir.
4. Sonuç
Bu makalenin araştırma çalışmasından aşağıdaki sonuçlar çıkarılabilir:
(1) Lamine koruyucu camın ekranlama etkinliğini hesaplamak için periyodik yapı SFDTD yöntemi kullanılabilir. Hesaplama sonuçları, gelen dalga frekansı arttıkça lamine koruyucu camın koruma etkinliğinin azaldığını, metal ağların sayısı ne kadar yüksekse, ekranlama etkinliğinin o kadar iyi olduğunu göstermektedir.
(2) SFDTD yöntemi ile hesaplanan ekranlama etkinliğine göre, kafesli koruyucu camın eşdeğer iletkenliği Schelkunoff ekranlama teorisine göre çıkarılır.Bu nedenle, ağ koruyucu cam, düzgün bir dağılım ortamı düz plakaya eşdeğer olabilir.
(3) Simülasyon için basitleştirilmiş model oluşturmak için CST yazılımı MWS stüdyosunu kullanın. Sonuçlar, lamine koruyucu camın basitleştirilmiş modelinin hesaplama sonuçlarının temelde SFDTD periyodik yapısının hesaplama sonuçları ile tutarlı olduğunu göstermektedir.Yüksek frekans bölümünde 1 ~ 2 dB hata vardır ve hesaplama sonuçları oldukça güvenilirdir.
(4) Bu yazıda önerilen basitleştirilmiş model, lamine koruyucu cam gibi metal örgü malzemeleri tek tip plakalarla eşitleyebilir, büyük ölçekli ağ bölmesini gerçekleştirebilir, simülasyon hesaplama miktarını büyük ölçüde azaltabilir ve geleneksel bilgisayar hesaplama hızı koşulları altında hızlı hale getirebilir. Lamine koruyucu cam ve ekipman şasisinin entegre genel simülasyonunu verimli bir şekilde gerçekleştirin.
Referanslar
1 Yang Peijie, Tan Zhiliang, Xie Penghao, vb. CST yazılımına dayalı olarak elektrikli patlayıcıların radyo frekansı güvenlik analizi J Patlatma Ekipmanı, 2012, 41 (5): 20-22.
2 Li Yaping. 14 kHz 18 GHz J arasında klipsli elektromanyetik koruma penceresinin geliştirilmesi. Güvenlik ve elektromanyetik uyumluluk, 2010 (1): 66-67.
[3] Shi Shaofeng Uçak ön camının elektromanyetik koruması [J] Glass, 2008, 35 (7): 40-42.
4 AMINIAN A, RAHMATSAMII Y. Spektral FDTD: Periyodik yapılar üzerinde eğik gelen düzlem dalgasının analizi için yeni bir teknik J. Antenler ve Yayılmalar üzerine IEEE İşlemleri, 2006, 54 (6): 1818-1825.
5 CHEN B, FAND D G, ZHOU B H. FDTD ağları için değiştirilmiş berenger PML emici sınır koşulu J. IEEE Mikrodalga ve Kılavuzlu Dalga Mektupları, 1995, 5 (11): 399-01.
6 CHEN B, FAND D G, ZHANG P.B. Anizotropik ortamdaki FDTD ağları için berenger PML absorbe eden sınır koşulu C. 1996 Çin Japonya Mikrodalgalar Ortak Toplantısı Bildirileri, 1996: 296-299.
7 Guo Xinbao Elektronik cihazlar için yüksek güçlü mikrodalga koruma teknolojisi D. Chengdu: Çin Elektronik Bilim ve Teknoloji Üniversitesi, 2013.
[8] Lin Hongbin, Lu Wanshun Elektromanyetik kalkanlama ve elektromanyetik koruyucu camın ilkeleri J Glass, 2008,35 (3): 39-42.
[9] Shuai Mao Elektromanyetik malzemelerin karmaşık dielektrik sabitinin ölçümü için ters çevirme algoritması üzerine araştırma D Nanjing: Nanjing Posta ve Telekomünikasyon Üniversitesi, 2013.
AET üyeleri için yıl sonu avantajları!
