CN110489808B - 一种提取金属网表面阻抗的方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种提取金属网表面阻抗的方法及系统，包括：根据所需的金属网网孔形状以及金属网导线截面形状，在仿真软件中建立无限大金属网模型；施加垂直于金属网表面的平面波，提取不同频率下金属网的屏蔽效能；根据提取到的屏蔽效能以及自由空间波阻抗，确定不同频率下所建立的金属网模型的表面阻抗。本发明可以准确方便地计算不同网孔形状、不同导线截面形状的金属网表面的阻抗；过程简单，容易实现。

Description

一种提取金属网表面阻抗的方法及系统
技术领域
本发明属于电磁屏蔽技术领域，具体涉及一种提取金属网表面阻抗的方法及系统。
背景技术
本部分的陈述仅仅是提供了与本发明相关的背景技术信息，不必然构成在先技术。
电磁屏蔽是抑制电磁干扰的有效措施。在实际应用中，金属板和金属网通常作为电磁屏蔽的屏蔽措施，金属板虽然具有较高的屏蔽效能，但存在耗费高、使用不方便等问题，而相对于金属板，金属网不仅重量轻、柔韧性高、造价低，而且可应用于一些对通风、采光要求较高的场合，所以有时可以用金属网代替金属板来屏蔽电磁骚扰。目前金属网广泛应用于直流输电换流阀厅等大型结构，以及电子设备等小型结构。
发明人发现，金属网的屏蔽效能取决于金属网的表面阻抗，目前只有网孔形状为正方形、导线截面为圆形的金属网的表面阻抗具有具体的解析方式。而实际应用中往往存在网孔形状不规则、导线截面非圆形的金属网，对于这类金属网，目前还没有具体的提取表面阻抗的方法。
发明内容
为了解决上述问题，本发明提出一种提取金属网表面阻抗的方法及系统，能够解决不同导线截面以及任意网孔形状的金属网表面阻抗的提取问题，进而为分析金属网的电磁屏蔽和研究电磁波的透射提供理论基础。
在一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种提取金属网表面阻抗的方法，包括：
根据所需的金属网网孔形状以及金属网导线截面形状，在仿真软件中建立无限大金属网模型；
施加垂直于金属网表面的平面波，提取不同频率下金属网的屏蔽效能；具体为：施加垂直于金属网表面的平面波，在金属网的另一侧设置电场探针，获取探针所在位置处在不同频率下的电场强度，所述施加的平面波的电场强度减去探针所在位置处的电场强度，即得到不同频率下的金属网的屏蔽效能。
根据提取到的屏蔽效能以及自由空间波阻抗，确定不同频率下所建立的金属网模型的表面阻抗，从而获得金属网的屏蔽效能。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种提取金属网表面阻抗的系统，包括：
用于根据所需的金属网网孔形状以及金属网导线截面形状，在仿真软件中建立无限大金属网模型的装置；
用于施加垂直于金属网表面的平面波，提取不同频率下金属网的屏蔽效能的装置；
用于根据提取到的屏蔽效能以及自由空间波阻抗，确定不同频率下所建立的金属网模型的表面阻抗的装置。
进一步地，用于施加垂直于金属网表面的平面波，提取不同频率下金属网的屏蔽效能的装置具体包括：
用于施加垂直于金属网表面的平面波的单元；
用于在金属网的另一侧设置电场探针的单元；
用于获取探针所在位置处在不同频率下的电场强度的单元；
的单元将施加的平面波的电场强度减去探针所在位置处的电场强度，得到不同频率下的金属网的屏蔽效能的单元。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，所述指令适于由处理器加载并执行上述的提取金属网表面阻抗的方法。
在另一些实施方式中，采用如下技术方案：
一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行上述的提取金属网表面阻抗的方法。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
可以准确方便地计算不同网孔形状、不同导线截面形状的金属网表面的阻抗；过程简单，容易实现。
附图说明
图1(a)为本发明实施例一中金属网网孔结构示意图；
图1(b)为本发明实施例一中无限大金属网模型示意图；
图1(c)为本发明实施例一中金属网单元结构模型示意图；
图2为实施例一中利用本发明方法计算的表面阻抗与现有方法得到的表面阻抗结果对比；
图3为实施例二中利用本发明方法计算的表面阻抗与现有方法得到的表面阻抗结果对比；
图4为实施例三中金属网示模型意图；
图5为实施例三中金属网网孔的角度不同时的表面阻抗计算结果示意图。
具体实施方式
应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。
需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。
实施例一
在一个或多个实施方式中，公开了一种提取金属网表面阻抗的方法，基于全波仿真软件，得到一系列频率下，无限大金属网对平面波的屏蔽效能，根据无限大金属网屏蔽效能的解析公式，反推出任意网孔形状、任意导线截面形状的金属网表面阻抗。其中，无限大金属网指的是金属网的尺寸无限大；具体包括以下步骤：
步骤1：在全波仿真软件中建立金属网单元结构模型，设置金属网材料为理想导体，得到无限大金属网模型；
步骤2：通过软件施加垂直于金属网表面的平面波，在金属网的另一侧设置电场探针，获取探针所在位置处在不同频率下的电场强度，所施加的平面波的电场强度减去探针所在位置处的电场强度，即得到不同频率下的金属网的屏蔽效能SE。
对于平面波照射的金属网，不同频率下金属网的屏蔽效能是不一样的。
步骤3：令
Figure BDA0002140876930000031
根据步骤2中得到的不同频率下的金属网屏蔽效能SE求得y。
步骤4：依据屏蔽效能计算公式SE＝20log10(1+z0/2zs)，反推出不同频率下的金属网表面阻抗zs＝z0/y，其中，z0为自由空间波阻抗，zs为金属网表面阻抗。
本实施例以网孔形状为正方形、导线截面为圆形的金属网的表面阻抗提取为例进行说明，具体执行步骤如下：
步骤1：在全波仿真软件中创建如附图1(c)所示的金属网单元结构模型，无限大金属网是由无数个金属网单元结构模型组成，如图1(b)所示。其中，正方形周期边长a＝2cm，金属网线直径为d＝1mm，如图1(a)所示，令金属网材料为理想导体，x、y边界为元胞边界，z方向为开放边界，在该边界条件下，画出金属网的一个元胞结构，此为一个单元，然后设定与该单元组成一个金属网孔的另一个单元为相邻单元；定义组成一个金属网孔的两个相邻单元之间的距离为2cm，角度为90°，设置计算频率范围为0.01-1000MHz；频率范围指的是需要计算的金属网屏蔽效能的频率范围。
步骤2：施加垂直于金属网表面入射的平面波，电场沿x正向，极化方向为z正向，在金属网的另一侧设置电场探针，获取探针所在位置处在不同频率下的电场强度，所施加的平面波的电场强度减去探针所在位置处的电场强度，即得到不同频率下的金属网的屏蔽效能SE。
步骤3：将步骤2中得到的SE做处理得到
Figure BDA0002140876930000041
不同频率的屏蔽效能分别代入上式即可得到不同频率对应的y；
步骤4：依据金属网屏蔽效能计算公式：SE＝20log10(1+z0/2zs)，可以反推出不同频率下金属网的表面阻抗zs＝z0/y，其中，z0为自由空间波阻抗，zs为金属网表面阻抗。
步骤5：现有技术中，网孔形状为正方形、导线截面为圆形的金属网的表面阻抗的解析计算公式为：zs＝Rs+jωLs，其中
Figure BDA0002140876930000042
ω为电磁波角频率，σ，ε和μr分别为金属线的电导率、介电常数和磁导率，τw是金属丝材料的扩散时间，I0和I1为第一类修正贝塞尔函数。
步骤6：将本实施例方法提取的表面阻抗与利用现有技术的解析公式计算的表面阻抗结果进行比较，如图2所示。可以看出，本实施例方法提取的表面阻抗与解析计算结果一致性较好。
实施例二
本实施例仍然以网孔形状为正方形、导线截面为圆形的金属网的表面阻抗提取为例进行说明，具体执行步骤如下：
步骤1：在全波仿真软件中创建金属网模型，其中，正方形周期边长a＝1cm，金属网线直径为d＝1mm，令金属网材料为理想导体，x、y边界为元胞边界，定义两个相邻单元之间的距离为1cm，角度为90°，计算频率范围为0.01-1000MHz；
步骤2：施加垂直于金属网表面入射的平面波，电场沿x正向，极化方向为z正向，在金属网的另一侧设置电场探针，获取探针所在位置处在不同频率下的电场强度，所施加的平面波的电场强度减去探针所在位置处的电场强度，即得到不同频率下的金属网的屏蔽效能SE。
步骤3：将步骤2中得到的SE做处理得到
Figure BDA0002140876930000043
步骤4：依据SE＝20log10(1+z0/2zs)，比较该式与步骤3中的y，可以反推出不同频率下金属网的表面阻抗zs＝z0/y，其中z0为自由空间波阻抗，zs为金属网表面阻抗。
步骤5：网孔形状为正方形、导线截面为圆形的金属网的表面阻抗的解析计算公式为zs＝Rs+jωLs，其中
Figure BDA0002140876930000051
ω为电磁波角频率，σ，ε和μr分别为金属线的电导率、介电常数和磁导率，τw是金属丝材料的扩散时间，I0和I1为第一类修正贝塞尔函数。
步骤6：将本实施例方法提取的表面阻抗与利用现有技术的解析公式计算的表面阻抗结果进行比较，如图3所示。可以看出，本实施例方法提取的表面阻抗与解析计算结果一致性较好。
实施例三
本实施例以对于网孔形状为平行四边形、导线截面为圆形的金属网的表面阻抗进行提取。具体执行步骤如下：
步骤1：在全波仿真软件中创建如附图4所示金属网模型，其中，菱形周期边长a＝1cm，金属网线直径为d＝1mm，分别令θ为45°和60°，令金属网材料为理想导体，x、y边界为元胞边界，定义两个相邻单元之间的距离为1cm，角度为45°和60°，计算频率范围为0.01-10000MHz；
步骤2：施加垂直于金属网表面入射的平面波，电场沿x正向，极化方向为z正向，在金属网的另一侧设置电场探针，获取探针所在位置处在不同频率下的电场强度，所施加的平面波的电场强度减去探针所在位置处的电场强度，即得到不同频率下的金属网的屏蔽效能SE。
步骤3：将步骤2中得到的SE做处理得到
Figure BDA0002140876930000052
步骤4：依据SE＝20log10(1+z0/2zs)，比较该式与步骤3中的y，可以反推出不同频率下金属网的表面阻抗zs＝z0/y，其中z0为自由空间波阻抗，zs为金属网表面阻抗。
步骤5：θ为45°和60°时的金属网表面阻抗如图5所示，并将其与θ为90°也就是实施例2中的金属网表面阻抗比较。
可以看出电场的入射方向与金属线的夹角变化时，金属网的表面阻抗也在变化。当金属网的网孔形状为平行四边形时，此时金属网的表面阻抗不是固定值，是一个与电场入射方向相关的数。
实施例四
在一个或多个实施方式中，公开了一种提取金属网表面阻抗的系统，包括：
用于根据所需的金属网网孔形状以及金属网导线截面形状，在仿真软件中建立无限大金属网模型的装置；
用于施加垂直于金属网表面的平面波，提取不同频率下金属网的屏蔽效能的装置；
用于根据提取到的屏蔽效能以及自由空间波阻抗，确定不同频率下所建立的金属网模型的表面阻抗的装置。
进一步地，用于施加垂直于金属网表面的平面波，提取不同频率下金属网的屏蔽效能的装置具体包括：
用于施加垂直于金属网表面的平面波的单元；
用于在金属网的另一侧设置电场探针的单元；
用于获取探针所在位置处在不同频率下的电场强度的单元；
的单元将施加的平面波的电场强度减去探针所在位置处的电场强度，得到不同频率下的金属网的屏蔽效能的单元。
实施例五
在一个或多个实施方式中，公开了一种终端设备，包括服务器，所述服务器包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现实施例一中的提取金属网表面阻抗的方法。为了简洁，在此不再赘述。
应理解，本实施例中，处理器可以是中央处理单元CPU，处理器还可以是其他通用处理器、数字信号处理器DSP、专用集成电路ASIC，现成可编程门阵列FPGA或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件等。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。
存储器可以包括只读存储器和随机存取存储器，并向处理器提供指令和数据、存储器的一部分还可以包括非易失性随机存储器。例如，存储器还可以存储设备类型的信息。
在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。
结合实施例一中的方法步骤可以直接体现为硬件处理器执行完成，或者用处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器、闪存、只读存储器、可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器，处理器读取存储器中的信息，结合其硬件完成上述方法的步骤。为避免重复，这里不再详细描述。
本领域普通技术人员可以意识到，结合本实施例描述的各示例的单元即算法步骤，能够以电子硬件或者计算机软件和电子硬件的结合来实现。这些功能究竟以硬件还是软件方式来执行，取决于技术方案的特定应用和设计约束条件。专业技术人员可以对每个特定的应用来使用不同方法来实现所描述的功能，但是这种实现不应认为超出本申请的范围。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (7)

1.一种提取金属网表面阻抗的方法，其特征在于，包括：
根据所需的金属网网孔形状以及金属网导线截面形状，在仿真软件中建立无限大金属网模型；
施加垂直于金属网表面的平面波，提取不同频率下金属网的屏蔽效能；
提取不同频率下金属网的屏蔽效能，具体为：施加垂直于金属网表面的平面波，在金属网的另一侧设置电场探针，获取探针所在位置处在不同频率下的电场强度，所述施加的平面波的电场强度减去探针所在位置处的电场强度，即得到不同频率下的金属网的屏蔽效能；
根据提取到的屏蔽效能以及自由空间波阻抗，确定不同频率下所建立的金属网模型的表面阻抗，从而获得金属网的屏蔽效能。
2.如权利要求1所述的一种提取金属网表面阻抗的方法，其特征在于，建立无限大金属网模型的方法具体为：
根据所需的金属网网孔形状以及金属网导线截面形状，建立金属网单元结构模型，设定模型材料为理想导体，其中金属网线直径远小于金属网网孔直径；
设置频率范围，定义x、y方向边界条件为元胞边界，z方向为开放边界，在该边界条件下，画出金属网的一个元胞结构，此为一个单元，然后设定与该单元组成一个金属网孔的另一个单元为相邻单元；定义两个相邻单元之间的距离以及角度。
3.如权利要求1所述的一种提取金属网表面阻抗的方法，其特征在于，根据提取到的屏蔽效能以及自由空间波阻抗，确定不同频率下所建立的金属网模型的表面阻抗，具体为：
令
Figure FDA0004077730540000011
根据SE＝20log10(1+z0/2zs)，得到：zs＝z0/y；
其中，SE为不同频率下金属网的屏蔽效能，z0为自由空间波阻抗，zs为不同频率下金属网的表面阻抗。
4.一种提取金属网表面阻抗的系统，其特征在于，包括：
用于根据所需的金属网网孔形状以及金属网导线截面形状，在仿真软件中建立无限大金属网模型的装置；
用于施加垂直于金属网表面的平面波，提取不同频率下金属网的屏蔽效能的装置；提取不同频率下金属网的屏蔽效能，具体为：施加垂直于金属网表面的平面波，在金属网的另一侧设置电场探针，获取探针所在位置处在不同频率下的电场强度，所述施加的平面波的电场强度减去探针所在位置处的电场强度，即得到不同频率下的金属网的屏蔽效能；
用于根据提取到的屏蔽效能以及自由空间波阻抗，确定不同频率下所建立的金属网模型的表面阻抗的装置。
5.如权利要求4所述的一种提取金属网表面阻抗的系统，其特征在于，用于施加垂直于金属网表面的平面波，提取不同频率下金属网的屏蔽效能的装置具体包括：
用于施加垂直于金属网表面的平面波的单元；
用于在金属网的另一侧设置电场探针的单元；
用于获取探针所在位置处在不同频率下的电场强度的单元；的单元将施加的平面波的电场强度减去探针所在位置处的电场强度，得到不同频率下的金属网的屏蔽效能的单元。
6.一种终端设备，其包括处理器和计算机可读存储介质，处理器用于实现各指令；计算机可读存储介质用于存储多条指令，其特征在于，所述指令适于由处理器加载并执行权利要求1-3任一项所述的提取金属网表面阻抗的方法。
7.一种计算机可读存储介质，其中存储有多条指令，其特征在于，所述指令适于由终端设备的处理器加载并执行权利要求1-3任一项所述的提取金属网表面阻抗的方法。
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