不同材质金属板电磁屏蔽效果的对比分析

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

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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弱电磁波的透入。采用的金属网孔愈密，直到采用整体的金属板（壳），屏蔽的效果愈好，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

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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

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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 XFDTD

FDTD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。

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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。

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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

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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E1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

1EH22之比，用dB（分贝）表示。

屏蔽效能表达式为

SE20log10EE12(db)或SE20log10HH12(db)

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

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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。当场域边界的几何形状比较复杂时，应用解析法（包括直接积分法、分离变量法、镜像法、复变函数法等）分析计算会遇到很多困难，在这些情况下，可采用数值方法计算。数值计算方法不推导场的表达式，利用计算机直接计算空间各点Φ和E的值。随着计算机技术的发展，数值计算方法发展得很快，已经成为一门新的学科――计算电磁学，成为工程技术上分析计算电磁场问题的重要手段。目前已经有许多种分析、计算电磁场的数值方法，例如：有限差分法、有限元法、矩量法、模拟电荷法、边界元法、时域有限差分法等。可以分析计算静态电磁场，也可以分析计算时变电磁场。由于各种数值方法的发展，使电磁场的分析计算实用化。

时域有限差分法（FDTD）是一种在时域求解电磁场与电磁波问题的数值方法。FDTD方法把计算空间划分为一系列的元胞（Yee元胞），将麦克斯韦方程转化为差分方程，再用具有相同电参数的Yee网格来模拟被研究的物体和空间，选取适当的场的初始值与边界条件，然后通过计算机编程计算，计算过程中在时间轴上逐步推进地求解（步长为Δt），最终得到包括时间变量在内的麦克斯韦方程的数值解的一种数值计算方法。具有很好的稳定性和收敛性，结合计算机技术能处

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理时域内十分复杂的电磁场与电磁波问题，在工程技术上得到广泛的应用。是目前计算电磁学领域中时域有限差分法已经成为最重要最流行的方法之一。

其实时域有限差分法的原理很简单，也就是直接将时域麦克斯韦方程组的两个旋度方程中关于时间变量和空间变量的偏导数用差商近似，从而将麦克斯韦方程组转换为离散网格节点上的时域有限差分方程。为建立差分方程，首先需要把求解空间离散化，通用的方法是用一定形式的网格来划分求解空间，并且只取网格节点上的场量作为计算对象，然后通过差分代替微分，用离散变量的差分方程近似的代替连续变量的微分方程来求解。如图2.1所示为Yee的网格单元示意图[12]：

图2.1 Yee网格单元

图2.1 可见每个磁场分量都由四个电场分量环绕；每个电场分量也都由四个

磁场分量环绕。这种电磁场各分量的空间取样方式不仅符合法拉第电磁感应定律和安培环路定律的自然结构，而且这种电磁场各分量的空间相对位置也非常适合于麦克斯韦的差分计算，能够恰当的描述电磁场传播特性。理论分析表明: 为使波在Yee 网格中传播时减小畸变的发生，我们应该慎重选取空间步长。一般情况下，要求空间步长应小于波频谱中所有频率分量所对应波长

的十分之一

[18]，这时无论波在网格中按什么方向传播，所有频谱成分的数值相速变化均小于1%。在有的情况下精度要求很高时，也可以取

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。

第2章.基于FDTD算法的程序设计

2.1 引言

FDTD算法是求解麦克斯韦微分方程组的直接时域方法，经过几十年的发展

已成为一种成熟的数值方法，应用范围越来越广泛。Keenau-Motley模型可以用于预测室内的场强衰减，一般情况下多用于预测通信基站经过多楼层衰减，多墙壁衰减后的路径损耗，而XFDTD软件计算模型是基于FDTD的数值计算模型，能精确计算出辐射源在室内的场强分布。因而本文采用XFDTD仿真软件设计FDTD算法的计算程序来喇叭天线电磁辐射场强分布。

使用XFDTD仿真软件实现FDTD算法的程序设计需要以下四个步骤： 1、 创建几何模型 2、 网格剖分

3、 定义程序运行参数 4、 运行结果的保存

下面本文就以上四个步骤来仿真电磁波信号在金属板屏蔽中的场强分布。

2.2 基于FDTD算法的程序设计

2.2.1课题设计

本课题用仿真的方法研究实验8中的问题，利用XFDTD软件仿真计算屏蔽材料的屏蔽效果。如图10－1所示，电磁波在自由空间传播，当遇到测试样品时，发生反射和透射，通过接收的透射信号测定样品的屏蔽效果。金属板应是平坦的，面积应足够大，避免电磁波绕射的影响。设没有屏蔽层时（抽去金属板，收、发天线的距离保持不变）仿真计算的场强为E0，有屏蔽层时仿真计算的场强为E，则屏蔽材料的屏蔽效果为

S20lgE0 dB E10

要求：

1、在XFDTD中建立3cm角锥喇叭天线仿真模型（具体建模方法见附件），频率设定为10GHz。

2、仿真计算没有金属板时距喇叭天线0.6米处与波传播方向相垂直平面上的场强E0。

3、在喇叭天线前0.3米处垂直设置金属板，仿真计算距喇叭天线0.6米处与波传播方向相垂直平面上的场强E。

4、从仿真生成的场强E0 和场强E的两个文本文件中，按照数据的分布规律（详见附件），分别抽取出距喇叭天线0.6米试品中心处的场强数据E0'和E'，以

E0'计算出屏蔽材料的屏蔽效果S20lg' dB。

E2.2.2 创建几何模型

喇叭天线工程图

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基于此建立喇叭天线模型，参数如图

2.2.3网格剖分

几何模型建立完成后必须离散到FDTD网格中才能计算，这个过程叫做网

格剖分。为了创建网格我们必须要确定网格的尺寸。确定网格尺寸时又要考虑以

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下三个因素： （1）波长。

网格尺寸最主要的约束参数就是波长。FDTD算法中，网格不能大于研究媒质中最小波长（即最高频率）的1/10，因此最大的网格尺寸可以由式（3.1）来定义：

L其中，

maxc10f

8L表示最大网格尺寸，c表示光速，值为310 f是频率（H）。 max2）几何特征。

FDTD 网格不能大于几何模型中的最小特征，这样可以使

物体准确的表示。例如，如果几何模型中包括了两个金属丝，它们之间的距离小于网格尺寸的最大值，那么我们就要改变网格的尺寸，即需要更小的网格尺寸。

（3）准确性。

在仿真计算中，网格的尺寸越小，仿真结果越精确。 鉴于上面三个因素，具体到本文，考虑到手机信及教室模型的大小，本文采用正方体网格对手机信进行剖分，且根据FDTD 算法对减小数值色散和计算稳定性的要求，网格

Lmax应满足

10Lmax式中，

min,而min=c/fr

r为模型中最大的相对介电常数，

Lmax为网格的边长。

2.2.4定义程序运行参数

几何模型建立完成，网格划分完成后就要定义程序运行的参数了。程序运行

的参数包括设置激励源，几何模型中各组成部分的电磁参数（相对介电常数和电导率），计算边界条件和收敛条件等。

2.3 XFDTD设计FDTD计算程序的流程图

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第3章 结果的提取，计算与分析

由于条件只抽取部分值进行运算，现分别抽取

1.有PEC板有洞无金属板（PEC板距端口30cm）

2.无金属板及PEC板

3. 0.1cm铜板（PEC板及铜板距端口30cm） 4. 0.1cm铁板（PEC板及铁板距端口30cm） 5 0.1cm铝板（PEC板及铝板距端口30cm） 6． 0.1cm铜板（PEC板及铜板距端口25.4cm） 7. 0.1cm铜板（PEC板及铜板距端口35.4cm） 8. 1cm铜板（PEC板及铜板距端口30cm） 9. 2cm铜板（PEC板及铜板距端口30cm）

的场强图在距端口60cm平面上X=-1.24mm和Y=-0.67mm这两条直线上的场强值取值

3.1提取数据

提取结果如下表

Y=-0.67mm，X取不同值时各测试点的场强值 -61.78 -53.14 -44.49 无板 0.0715 0.0685 0.04 无板有洞 0.0338 0.0351 0.0354 铜 0.00375 0.00631 0.00557 铝 0.00613 0.00782 0.00704 铁 0.00368 0.00588 0.00528 25.4cm铜 0.00193 0.00153 0.00162 35.4cm铜 0.00298 0.00349 0.00213 1cm铜 0.0031 0.00495 0.0045 2cm铜 0.00233 0.00375 0.0035

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-35.84

0.0592 0.0361 0.00275 0.00575 0.002 0.00206 0.0013 0.00249 0.00198 -27.19 0.0537 0.0372 0.00382 0.0068 0.00371 0.00231 0.00248 0.00322 0.00253

-18.54 0.048 0.0378 0.00631 0.00816 0.00587 0.00206 0.00365 0.00508 0.00401

-9. 0.0432 0.0375 0.00556 0.00734 0.00524 0.00163 0.00286 0.00447 0.00347 42

0.0533 0.0344 0.00372 0.00605 0.00353 0.00171 0.00134 0.003 0.00233

-1.24 0.0399 0.0373 0.00273 0.00586 0.00287 0.00171 0.00126 0.00236 0.00176

50.65 0.0584 0.0334 0.00606 0.00737 0.00559 0.00207 0.00258 0.00476 0.0037

7.41 0.0356 0.0372 0.00386 0.00657 0.00368 0.00213 0.00187 0.00314 0.00243 16.06 0.0405 0.037 0.00626 0.0079 0.00576 0.00233 0.00331 0.00502 0.00398 24.71 0.0437 0.036 0.00541 0.00711 0.00514 0.00203 0.00339 0.00446 0.0035 67.95 0.09 0.0299 0.00235 0.00457 0.00254 0.00186 0.00236 0.00222 0.00177

33.35 0.0488 0.035 0.00259 0.00542 0.00275 0.00162 0.00172 0.00233 0.00178 59.3 0.0618 0.0316 0.00525 0.006 0.00496 0.00218 0.00342 0.00421 0.00321

X=-1.24mm, Y（mm）取不同值时各测试点场强值

无板

有洞无板 铜 铝 铁

25.4cm铜 35.4cm铜 1cm铜 2cm铜

-54.49 0.12 0.0188 0.00593 0.0059 0.00538 0.00162 0.00337 0.00461 0.00353 -9. 0.0535 0.033 0.00341 0.00357 0.00329

-45.52 0.11 0.0203 0.00418 0.00395 0.00397 0.001 0.00173 0.00356 0.00297 -0.67 0.0399 0.0373 0.00273 0.00586 0.00287

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-36.55 0.0967 0.0229 0.00261 0.00406 0.00266 0.0018 0.00169 0.00225 0.00171 8.3 0.032 0.0414 0.00325 0.00709 0.00284

-27.58 0.0833 0.026 0.0028 0.00501 0.00255 0.00198 0.003 0.00213 0.00159 17.27 0.0344 0.0443 0.00636 0.00731 0.00588

-18.61 0.0679 0.0298 0.00625 0.00653 0.00573

0.00211 0.00348 0.00485 0.0037

0.00137 0.0021 0.00283 0.00221

35.21 0.06 0.0512 0.002 0.0078 0.003 0.00137 0.00121 0.00253 0.00193

0.00171 0.00126 0.00236 0.00176 0.00176 0.00263 0.00239 0.00182 0.00211 0.00347 0.00495 0.00377 53.15 0.091 0.0536 0.00618 0.00797 0.00584 0.00184 0.00328 0.00498 0.0038

26.24 0.0447 0.04 0.00266 0.00383 0.00265 0.0019 0.00253 0.00212 0.00147

由上述数据可得

44.18 0.075 0.0544 0.00386 0.001 0.0034 0.00183 0.00213 0.00305 0.00256

图：Y=-0.67mm，X(mm)取不同值时各测试点场强值

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图：Y=-0.67mm，X(mm)取不同值时各测试点场强值

图：X=-1.24mm，Y（mm）取不同值时各测试点场强值

2

图：X=-1.24mm，Y（mm）取不同值时各测试点场强值

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3.2计算

利用屏蔽效能公式对以上数据进行效能计算，即计算

0.1cm铜板（PEC板及铜板距端口30cm） 0.1cm铁板（PEC板及铁板距端口30cm） 0.1cm铝板（PEC板及铝板距端口30cm） 0.1cm铜板（PEC板及铜板距端口25.4cm） 0.1cm铜板（PEC板及铜板距端口35.4cm） 1cm铜板（PEC板及铜板距端口30cm） 2cm铜板（PEC板及铜板距端口30cm）

的场强屏蔽效能得

Y=-0.67时x取不同值时各屏蔽效能如下：

-61.78 铜 25.60549548 铝 21.33691134 铁 25.769146 25.4cm铜 31.37497466 35.4cm铜 27.60179556 1cm铜 27.25888696 2cm铜 29.73900242

-53.14

20.71322424 18.84967636 21.32629 33.01998282 25.8573029 22.82170746 25.23318608 -44.49

21.26061344 19.226216 21.72503 31.98741706 29.61012528 23.11346708 25.296356 -9.

17.8081791 15.39575374 18.3230492 28.46592284 23.58235428 19.70352448 21.90308544

-35.84

26.65978026 20.25307724 26.22847728 29.169072 33.16756708 27.5224472 29.51313032 -1.24

23.29620498 16.6615056 22.86181998 27.3595357 30.01204702 24.56121786 27.10920456 33.35

25.50240116 19.0884107 24.98174256 29.57809614

-27.19

22.95821846 17.94930746 23.21200752 27.32724612 26.7104521 24.44236828 26.5370753

-18.54

17.62423756 15.39102158 18.25206272 27.34748034 22.376746 19.5075505 21.5619373

16.06

16.2176138 14.196558 16.9406508 24.80198204

7.41

19.29725386 14.67769256 19.71204358 24.4614079

24.71

18.14568344 15.77223672 18.59036636 26.65970798

19

25.59216782 21.090407 23.31687448

21.75254058 18.13502612 20.15143902

50.65

19.67880446 17.970718 20.38002078 29.00885004 27.09586282 21.77611788 23.922246

22.20563478 19.82293156 21.92826786

59.3

21.41658344 19.61511914 21.91013598 29.05063962 25.13924738 23.33412758 25.666886

29.0578275 26.42127802 28.75999

67.95

28.8235367 23.04656994 28.1482196 30.85463506 28.78665388 29.31783444 31.2854286

42

23.12368538 18.943668 23.57905008 29.87462198 31.99244822 24.99211908 27.18742576

X=-1.24时y取不同值时各屏蔽效能如下

铜 铝 铁 25.4cm铜 35.4cm铜 1cm铜 2cm铜

-54.49

26.12253106 26.16658468 26.9679794 37.393324 31.0310269 28.309602 30.62813082

-45.52

28.40432806 28.59118 28.85204356 36.53097674 36.066931 29.79885374 31.37272472

-36.55

31.37571934 27.53800882 31.210674 34.60307938 35.15079538 32.687912 35.04860728

-27.58 29.4697394 24.41614552 30.282092 32.47959622 28.87047494 31.84530796 34.38495754

-18.61

20.71979514 20.33913186 21.47430304 30.15174638 25.8058106 22.92256072 25.273361

-9.

23.91198806 23.51371132 24.22315768 31.83263 28.122674 25.53134692 27.67923016 -0.67

23.29620498 16.6615056 22.86181998 27.3595357 30.01204702 24.56121786 27.10920456 8.3

19.86533234 13.09007486 21.03663276 25.19274622 21.7038846 22.53504154 24.9015718

17.27 26.24 35.21 44.18 53.15

14.66202654 24.50851774 26.34506816 25.76947918 23.36105834 13.45282132 21.34217498 17.72113296 18.50367118 21.15166142

20

15.34362232 24.24551974 19.92457936 16.839088 19.20434184

由以上数据得出

24.54123298 27.43107844 24.94374004 26.47943324 29.65980376 26.02059992 32.82861366 33.9073176 27.50061458 29.85187882 26.871692 32.25220348 30.9336332 27.81522848 29.332596 23.8525709 33.88447138 28.86335098 25.236241 27.58515592

图：X=-1.24mm，Y取各值（横坐标）时各测试点屏蔽效能

图：Y=-0.67mm，X取各值（横坐标）时各测试点屏蔽效能

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3.3分析

1.关于铜 ，铝，铁

提取以上有关1cm铜，铝，铁的数据可得图

图：Y=-0.67mm，X（mm）取各值时铜，铝，铁屏蔽后的测试点场强

Y=-0.67mm时X(mm)取各值时铜，铝，铁屏蔽后的测试点屏蔽效能

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X=-1.24时Y(mm)取各值时铜，铝，铁屏蔽后的测试点屏蔽效能

Y=-0.67时x取各值时铜，铝，铁屏蔽后的测试点场强

我们知道选屏蔽材料要选取导电率大的，但是否导电率越大的材料屏蔽效果就越好呢?

由以上四个图表易分析得答案是否定的，屏蔽效果尽管与导电率有很大的关系，但却不成比例关系，如在Y=-0.67mm和X=-1.24mm时各测试点的屏蔽后场强大小铜板和铁板屏蔽后结果几乎相等，却小于铝板屏蔽后的结果，很明显就验证了它们的屏蔽效能图所给出的结果——铜=铁>铝，而他们的导电率在10Ghz频率波时铜的导电率为5.8e+007 s/m，铁的导电率1.0e+007 s/m，铝的为3.82e+007 s/m,尽管铁远小于铜和铝，而屏蔽效能却大于铝，几乎和铜相等，这证明屏蔽效

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能和导电率有关，却未必成比例关系，从分析结果中还看出它们的屏蔽效果在所测平面中有一定的波动，变化并非是平缓的，由此，可以得出在选择屏蔽材料时，我们要根据屏蔽环境，具体需求合理的选材。

2关于不同厚度的金属板屏蔽效果

这个分析课题时，我们很自然就想到金属板肯定越厚屏蔽效果越好，是的，从下面绘制的结果分析图中能够轻易得出我们的结论。

X=-1.24时y取各坐标（横坐标）时0.1cm，1cm，2cm厚度铜屏蔽后的场强

X=-1.24时y取各坐标（横坐标）时0.1cm，1cm，2cm厚度铜屏蔽后的屏蔽效能

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Y=-0.67，X取各坐标（横坐标）时0.1cm，1cm，2cm厚度铜屏蔽后的场强

Y=-0.67，X取各坐标（横坐标）时0.1cm，1cm，2cm厚度铜屏蔽后的屏蔽效能

无论从场强图还是屏蔽效能图我们都能看出它们的变化步调几乎一致，其中

以2cm的铜金属板屏蔽效果最佳，0.1cm效果不如1cm，2cm铜板，它们与厚度接近正比关系，因为从图中我们可以看出1cm与0.1cm厚度金属板的屏蔽效果差近似和1cm和2cm厚度金属板的差相等，根据这个规律我们可以在实现我们需要的屏蔽效果时适当改变金属般的厚度。

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3关于距离波源端口距离不同的金属板屏蔽效果

金属板距离电磁波端口不同长度时，屏蔽效果是否不一样呢?为此我们在距离喇叭天线端口25.4cm、30cm，35.4cm放置铜金属板时，并对距离60cm的平面的屏蔽效果的对比分析。从仿真的结果来看，它们的屏蔽效果分析起来要相对要复杂一些，

如下图

图a：Y=-0.67，x取各值时（横坐标）在距离端口25.4cm、30cm、35.4cm处铜板屏蔽后各测试点场强

图b：Y=-0.67，x取各值时（横坐标）在距离端口25.4cm、30cm、35.4cm处铜板屏蔽后各测试点屏蔽效能

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图c：X=-1.24Y取各值时（横坐标）在距离端口25.4cm、30cm、35.4cm处铜板屏蔽后各测试点场强

图d：X=-1.24Y取各值时（横坐标）在距离端口25.4cm、30cm、35.4cm处铜板屏蔽后各测试点屏蔽效能

距离25.4cm和35.4cm处放置的铜板屏蔽后的场强值曲线，时而有所交叉，但总体上25.4cm的铜板屏蔽效果要优于35.4cm铜板的屏蔽效果；距离30cm的铜板屏蔽效果次于35.4cm的铜板，但变化节奏几乎一致，25.4cm铜板的屏蔽效果波动相对于30cm和35.4cm稳定一些，这些说明屏蔽效果并非随着距离的增大而一直减小，是有一定的峰值和波谷的，所以在实际应用时我们要对此多加注意，尽量合理选取屏蔽位置，取得最优屏蔽效果。

至此，我们分别分析了不同材质（铜、铝、铁），不同屏蔽位置，不同厚度金属板的屏蔽效果，相信这些有助于我们在实际中屏蔽信号的选材，对放置位置和厚度的合理选择，从而取得更好的屏蔽效果。

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第4章总结

由于条件本实验仅进行了软件模拟，考虑到的受实际环境影响因素影响较小，变化也较实际简单，不像实际环境变化莫千，结果与实际有一定的相对误差，而由于计算机配置问题，设置运行参数受限，导致运行结果没有足够接近真实值。所以在实际应用是还需进一步验证，总之本次实验结果总体上误差还是在允许范围内。

本文首先对屏蔽效能的背景和意义进行了初步的研究，以及对REMCOM XFDTD软件进行了简单的说明。在此基础上，进一步研究不同材质的金属板屏蔽效能，总结出对金属屏蔽板在不同距离，不同厚度金属板的屏蔽效能影响，完成课题任务。

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致 谢

论文工作至此已全部完成。我之所以最终较好地完成了课题，离不开老师的

耐心指导、同学的帮助以及家人的支持和自己的努力，在此我特地向导师，同学，家人表示由衷的感谢！

整个过程中，我得到了导师马力讲师的悉心指导和帮助，马老师在我设计过程中给予很多无私帮助，并在日常的学习中悉心教导，帮助我把这段时间所学的知识全部总结，以达到融会贯通，没有马老师我是无法顺利完成本课题的，对此表以衷心感谢。同时，马老师严谨的治学态度和一丝不苟的工作作风给我留下了深刻的印象，也是我将来学习和工作的榜样，在此我向马老师表示衷心的感谢和崇高的敬意。同时我也衷心感谢一起做课题的宋雅静，刘世香，马江波，刘小龙，杨光师兄妹他们，他们在我做研究的过程中提出了许多宝贵意见，给了我很大的帮助，使我的课题得以顺利的进行，我的成功离不开你们的努力。

最后向培养、帮助我的所有老师表示感谢，向百忙之中抽出时间评阅我论文的各位专家表示感谢。

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参考资料

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【4】 葛德彪,闫玉波.电磁波时域有限差分方法(第二版)[M].西安：西安电子科技大学出

版社，2005 ：230~231等

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【11】 T. Kobayashi, X. Feng, and M. Sato, “FDTD simulation on array antenna SAR-GPR for

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