CN110058183B - 一种小孔磁化系数的提取方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种小孔磁化系数的提取方法，该方法基于全波软件仿真方法，得到一系列频率下周期开孔无限大导体板的传输系数，根据解析公式拟合，反推出任意形状开孔的磁化系数。本发明得出了可计算不同开孔形状的磁化系数的方法，不限于孔的形状，可以较为准确方便地获得开孔的磁化系数。

Description

一种小孔磁化系数的提取方法
技术领域
本发明属于电磁屏蔽技术领域，尤其涉及一种小孔磁化系数的提取方法。
背景技术
电磁屏蔽是抑制电磁干扰的有效措施。在实际应用中，大多采用金属板、金属腔体作为屏蔽。但由于通风、散热等需求，屏蔽体表面一般会有开孔和缝隙，电磁场通过这些孔缝耦合到相邻空间，降低了屏蔽效能，使得屏蔽体内部敏感设备的运行受到影响，同时泄漏到外部的电磁场对周围环境产生电磁干扰。所以，对于屏蔽体开孔的研究具有重要的工程和社会意义。
Bethe理论是研究小孔屏蔽性能的重要理论，该理论用小孔的极化系数来描述孔的电磁泄露特性。由该理论可知，对于尺寸远小于入射波波长的小孔，在不考虑带孔导体厚度的情况下，屏蔽体内的电磁场可以表示为孔径上电偶极子、磁偶极子激发的场，其中磁偶极子的作用更大。对于现有的开孔形状，只有圆孔和椭圆孔等规则开孔形状具有磁化系数的解析公式，其他各类如矩形孔、十字形孔、不规则开孔，只能借助数值计算方法或实验方法进行提取。因此，提出一种简单有效的小孔磁化系数的提取方法很有必要。
发明内容
本发明的目的是提出一种小孔磁化系数的提取方法，该方法基于全波软件仿真方法，得到一系列频率下周期开孔无限大导体板的传输系数，根据解析公式拟合，反推出任意形状开孔的磁化系数。用于解决任意开孔形状的磁化系数计算问题。
一种小孔磁化系数的提取方法。具体包括如下步骤：
步骤1：在全波仿真软件中建立正方形周期单元，在周期单元中间进行开小孔，形成周期孔阵，设置未开孔处为理想导体，得到无限大开孔导体平板模型。
步骤2：施加垂直入射网格所在面的平面波，通过软件仿真计算提取一系列频率下的传输系数S21；
步骤3：建立拟合方程Y＝kX，依据最小二乘法线性拟合可得k，其中令：
Figure GDA0002379737340000021
X＝c/f/4π，
c为光速，f为入射波频率，k为和磁化系数相关的系数。
根据式S21＝-20log10(Sλ/4αm∥π)与上面的拟合方程进行比较，反推磁化系数αm∥＝S/k，其中S为周期单元面积，λ为入射波波长，αm∥为小孔沿外磁场方向磁化系数。
步骤4：将模型旋转90°，重复步骤2和3，通过拟合方程即可得小孔沿外磁场垂直方向的磁化系数αm⊥。
步骤5：将步骤3和4求得的磁化系数带入公式：
Figure GDA0002379737340000022
中，可以求得任意方向的磁化系数，θ为该方向与外磁场的夹角。
进一步，所述小孔可为圆孔或正方形孔。
本发明的有益效果是，得到了计算不同开孔形状的磁化系数的方法，不限于孔的形状，可以较为准确方便地获得开孔的磁化系数。
附图说明
图1是本发明实施例1的导体平板模型图；
图2是根据本发明实施例1的拟合方程的拟合图；
图3是本发明实施例2的导体平板模型图；
图4是根据本发明实施例2的拟合方程的拟合图。
具体实施方式
下面结合附图，对实施例作详细说明。
本发明的目的是提出一种小孔磁化系数的提取方法，该方法基于全波软件仿真方法，得到一系列频率下，周期开孔无限大导体板的传输系数，根据解析公式拟合，反推出任意形状开孔的磁化系数。具体包括如下步骤：
步骤1：在全波仿真软件中建立正方形周期单元，在周期单元中间进行开小孔，形成周期孔阵，设置未开孔处为理想导体，得到无限大开孔导体平板模型。小孔可以为正方形孔、圆孔等。
步骤2：施加垂直入射导体板所在面的平面波，通过软件仿真计算提取一系列频率下的传输系数S21。仿真软件例如可以是CST、COMSOL等。
步骤3：建立拟合方程Y＝kX，依据最小二乘法线性拟合可得k，其中令：
Figure GDA0002379737340000031
X＝c/f/4π，
c为光速，f为入射波频率，k为和磁化系数相关的系数。
根据式S21＝-20log10(Sλ/4αm∥π)与上面的拟合方程进行比较，反推磁化系数αm∥＝S/k，其中S为周期单元面积，λ为入射波波长，αm∥为小孔沿外磁场方向磁化系数。
步骤4：将模型旋转90°，重复步骤2和3，通过拟合方程即可得小孔沿外磁场垂直方向的磁化系数αm⊥。
步骤5：将步骤3和4求得的磁化系数带入公式：
Figure GDA0002379737340000032
中，可以求得任意方向的磁化系数，θ为该方向与外磁场的夹角。
下面结合附图，对优选实施例作详细说明。
实施例1
对于圆孔的磁化系数进行提取。具体执行步骤如下：
步骤1：创建如附图1所示平板模型，其中，正方形周期边长d1＝d2＝4cm，开孔圆孔直径2cm，厚度为0.001mm，设置未开孔处为理想导体，x、y边界为周期单元，计算频率范围为0-2GHz；
步骤2：施加沿z方向入射，磁场沿y方向的平面波，通过软件仿真得到一系列频率对应的传输参数S21；
步骤3：将步骤2中得到的S21做处理得到
Figure GDA0002379737340000041
对传输参数对应的频率做处理得X＝c/f/4π。采用最小二乘法对X、Y作线性拟合，得到结果如图2所示。拟合结果得斜率k＝1248.7，计算可得αmy＝1.3×10-6m3。圆孔的磁化系数解析公式为αmy＝4r3/3，其中r为圆孔半径，计算可得该模型中圆孔的y方向(磁场方向)磁化系数为1.3×10-6m3，与本发明的方法提取的结果相近，由对称性可得，x方向(磁场垂直方向)磁化系数结果和y方向相同。
实施例2
对于正方形孔的磁化系数，可以采用本发明所述方法进行提取。具体执行操作如下：
步骤1：创建如附图3所示平板模型，其中，正方形周期边长d1＝d2＝4cm，方孔边长2cm，厚度为0.001mm，设置x、y边界为周期单元，计算频率范围为0-2GHz；
步骤2：施加沿z方向入射，磁场沿y方向的平面波，通过软件仿真得到一系列频率对应的传输参数S21；
步骤3：将步骤2中得到的S21做处理得到
Figure GDA0002379737340000042
对传输参数对应的频率做处理得X＝c/f/4π。对X、Y作线性拟合，得到结果如图4所示。拟合结果得斜率k＝801.57，计算可得αmy＝2.0×10-6m3。实验得出，方孔的磁化系数的表达式为αmy＝0.26l3，其中l为方孔边长，计算可得该模型中方孔的磁化系数为2.1×10-6，相对误差在5％以内。由对称性可得，x方向(磁场垂直方向)磁化系数的计算结果与y方向(磁场方向)磁化系数计算结果一致。
此实施例仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。

Claims (2)

1.一种小孔磁化系数的提取方法，具体包括如下步骤：
步骤1：在全波仿真软件中建立正方形周期单元，在周期单元中间进行开小孔，形成周期孔阵，设置未开孔处为理想导体，得到无限大开孔导体平板模型；
步骤2：施加垂直入射网格所在面的平面波，通过软件仿真计算提取一系列频率下的传输系数S21；
步骤3：建立拟合方程Y＝kX，依据最小二乘法线性拟合可得k，其中令：
Figure FDA0002379737330000011
X＝c/f/4π，
c为光速，f为入射波频率，k为和磁化系数相关的系数；
根据式：
S21＝-20log10(Sλ/4αm∥π)
与上面的拟合方程进行比较，反推磁化系数：
αm∥＝S/k，
其中S为所述周期单元面积，λ为入射波波长，αm∥为所述小孔沿外磁场方向磁化系数；
步骤4：将模型旋转90°，重复步骤2和3，通过拟合方程即可得所述小孔沿外磁场垂直方向的磁化系数αm⊥；
步骤5：将步骤3和4中求得的所述磁化系数带入公式：
Figure FDA0002379737330000012
中，可以求得任意方向的磁化系数，θ为该方向与外磁场的夹角。
2.根据权利要求1所述的一种小孔磁化系数的提取方法，其特征在于：所述小孔可为圆孔或正方形孔。
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