電磁屏蔽原理與應(yīng)用

前言

　　本書(shū)書(shū)名應(yīng)當(dāng)修改為《電磁屏蔽簡(jiǎn)介》，這是因?yàn)槊恳徽拢總€(gè)部分）都可以作為一本書(shū)的主題。這樣，本書(shū)的目標(biāo)是圍繞電磁屏蔽這個(gè)復(fù)雜變幻的主題，為充分認(rèn)識(shí)此類(lèi)現(xiàn)象提供一個(gè)初步的路線(xiàn)圖。　　本書(shū)共包括12章和4個(gè)附錄，我們對(duì)這種安排進(jìn)行簡(jiǎn)要的解釋。為了與本書(shū)所屬的叢書(shū)名稱(chēng)保持一致，我們分別將靜電屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽作為附錄A和附錄B。盡管這些討論可能在第1章中出現(xiàn)過(guò)，可是我們?cè)谧龀鰧㈧o電屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽配置作為附錄的最終決定時(shí)，考慮到這樣一個(gè)事實(shí)，即靜電屏蔽和磁場(chǎng)屏蔽已經(jīng)比較成熟，且對(duì)于接觸過(guò)電磁屏蔽的大多數(shù)讀者已經(jīng)比較熟悉。第3個(gè)附錄涵蓋了電磁屏蔽標(biāo)準(zhǔn)和測(cè)量過(guò)程等內(nèi)容，將其置于本書(shū)的末端主要是考慮到與電磁屏蔽主題有關(guān)的各類(lèi)材料極易過(guò)時(shí)。對(duì)于每位工程師來(lái)說(shuō)，標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展是一個(gè)現(xiàn)實(shí)問(wèn)題，電磁屏蔽領(lǐng)域也無(wú)法避免?！　”緯?shū)的章節(jié)結(jié)構(gòu)如下：首先是關(guān)于電磁屏蔽的開(kāi)場(chǎng)白（第1章），然后對(duì)傳統(tǒng)和現(xiàn)代屏蔽材料進(jìn)行了詳細(xì)描述（第2章）。第3章對(duì)適于屏蔽性能定量和對(duì)比分析的屏蔽配置優(yōu)值系數(shù)進(jìn)行了介紹，本章在深入思考的基礎(chǔ)上，開(kāi)啟了針對(duì)關(guān)鍵問(wèn)題的討論（可能是永無(wú)止境的討論）。第4章開(kāi)始討論電磁屏蔽可用分析方法的核心內(nèi)容，介紹了入射均勻平面波的層狀介質(zhì)問(wèn)題，同時(shí)對(duì)控制方程與傳輸線(xiàn)方程進(jìn)行了比較詳盡的對(duì)比。第5章主要介紹了適用于實(shí)際屏蔽問(wèn)題分析的數(shù)值方法，其內(nèi)容既包含了能夠解決此類(lèi)配置問(wèn)題的可用數(shù)值方法數(shù)量，又列舉了每種數(shù)值方法的優(yōu)缺點(diǎn)，給出了相應(yīng)實(shí)例。第6章主要關(guān)注屏蔽性能方面的孔徑及其效應(yīng)問(wèn)題，因?yàn)榭讖酵ǔ１徽J(rèn)為屏蔽區(qū)域和源區(qū)域之間最為重要的耦合路徑。本書(shū)繼續(xù)對(duì)屏蔽室進(jìn)行了全面分析，因?yàn)槠帘问彝ǔＪ且粋€(gè)封閉區(qū)域。第8章還考慮了電纜這個(gè)特例。電纜是優(yōu)秀教材的一個(gè)主題。但是，至少是從原理上，人們可能無(wú)須做任何努力，直接選擇現(xiàn)有文獻(xiàn)來(lái)學(xué)習(xí)，教材中缺少電纜屏蔽內(nèi)容將是一個(gè)嚴(yán)重的缺陷。因此，我們的折衷方法是給出屏蔽電纜最基礎(chǔ)的知識(shí)。　　從概念上講，電纜既可以看作是一種屏蔽系統(tǒng)，又可以看作是屏蔽配置組件，這是第9章研究的內(nèi)容。這些細(xì)節(jié)信息要比乍看起來(lái)更為重要，且對(duì)性能實(shí)現(xiàn)的水平起著決定性意義。讀者應(yīng)當(dāng)經(jīng)常參考制造商規(guī)范，并記住屏蔽組件通常無(wú)法直接進(jìn)行對(duì)比，因?yàn)槭褂貌煌臏y(cè)試裝置會(huì)得到不同的測(cè)量數(shù)據(jù)。

內(nèi)容概要

　　本書(shū)圍繞如何降低指定區(qū)域電磁場(chǎng)電平展開(kāi)研究，依據(jù)IEC、IS0和FTU—T等標(biāo)準(zhǔn)化組織頒發(fā)的最新標(biāo)準(zhǔn)，比較全面和系統(tǒng)地介紹了電磁屏蔽材料、基本配置、屏蔽方法、設(shè)計(jì)安裝和分析技術(shù)等方面的知識(shí)。本書(shū)主要內(nèi)容包括：屏蔽中的電磁理論、屏蔽材料、屏蔽配置優(yōu)值系數(shù)、分層介質(zhì)的屏蔽效能、屏蔽分析中的數(shù)值方法、平面金屬屏的孔縫、殼體、電纜屏蔽、屏蔽組件和安裝指南、頻率選擇性表面、屏蔽設(shè)計(jì)指南和非常規(guī)屏蔽方法，并將靜電屏蔽、磁場(chǎng)屏蔽、標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法以及英文縮略語(yǔ)作為4個(gè)附錄，是迄今為止內(nèi)容最為全面的電磁屏蔽教材。本書(shū)研究了電磁屏蔽領(lǐng)域的最新技術(shù)，給出了電磁屏蔽的實(shí)用方法，分析了普通電磁屏蔽教材中未涉及的部分內(nèi)容，并在每章末列出了參考文獻(xiàn)，便于讀者深入學(xué)習(xí)?！　”緯?shū)可作為電信和電氣工程師以及設(shè)備制造商的技術(shù)參考書(shū)，也可作為工業(yè)界和學(xué)術(shù)界從事電磁屏蔽結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與分析的研究人員的培訓(xùn)教材，還可作為高等院校電磁波專(zhuān)業(yè)的本科生、研究生教材。

作者簡(jiǎn)介

　　切洛齊（Salvatore Celozzi），博士，是羅馬大學(xué)教授.他已經(jīng)在各類(lèi)學(xué)術(shù)期刊或國(guó)際會(huì)議論文集中發(fā)表約100篇論文，涉及的領(lǐng)域主要包括電磁屏蔽、傳輸線(xiàn)和印制電路等。他為《IEEE電磁兼容會(huì)刊》擔(dān)任了5年的副主編，并數(shù)次榮獲IEEE EMC協(xié)會(huì)頒發(fā)的大獎(jiǎng)。　　阿蘭歐（Rodolfo Araneo），博士，是羅馬大學(xué)的副教授，其研究領(lǐng)域包括電磁兼容（EMC）、高速印制電路板、屏蔽和傳輸線(xiàn)建模的數(shù)值技術(shù)和分析技術(shù)?！　÷逋咛兀℅iampiero Lovat），博士，是羅馬大學(xué)的副研究員，其研究領(lǐng)域包括平面結(jié)構(gòu)泄漏現(xiàn)象、漏波天線(xiàn)與陣列。超材料的波導(dǎo)與輻射、通用周期結(jié)構(gòu)和低頻天線(xiàn)的理論和數(shù)值研究。

書(shū)籍目錄

譯者的話(huà)原書(shū)前言第1章 屏蔽中的電磁理論　11.1 定義　11.2 符號(hào)、表示與縮略語(yǔ)　21.3 電磁學(xué)基礎(chǔ)　31.3.1 宏觀電磁學(xué)和麥克斯韋方程　31.3.2 本構(gòu)關(guān)系　51.3.3 斷點(diǎn)與奇異性　81.3.4 初始條件與邊界條件　91.3.5 坡印廷定理與能量考慮　101.3.6 基本定理　111.3.7 波方程、亥姆霍茲方程、電磁勢(shì)與格林函數(shù)　131.4 基本的屏蔽機(jī)理　141.5 屏蔽結(jié)構(gòu)內(nèi)部源與外部源及相互關(guān)系　15參考文獻(xiàn)　16第2章 屏蔽材料　172.1 標(biāo)準(zhǔn)金屬和鐵磁性材料　172.2 亞鐵磁性材料　222.3 鐵電材料　232.4 薄膜和導(dǎo)電涂料　252.5 其他適合于電磁屏蔽應(yīng)用的材料　262.5.1 結(jié)構(gòu)材料　262.5.2 導(dǎo)電高分子材料　262.5.3 導(dǎo)電玻璃和透明材料　272.5.4 導(dǎo)電（鐵磁和亞鐵磁）紙　272.6 特殊材料　272.6.1 特異材料與手性吸波材料　272.6.2 復(fù)合材料　292.6.3 納米材料　302.6.4 高溫超導(dǎo)體　30參考文獻(xiàn)　31第3章 屏蔽配置優(yōu)值系數(shù)　353.1 （局部）屏蔽效能　353.2 全局觀點(diǎn)　373.3 其他優(yōu)值系數(shù)建議　383.4 統(tǒng)計(jì)方法　423.5 基于能量、面向內(nèi)容的定義　433.6 屏蔽電纜　44參考文獻(xiàn)　44第4章 分層介質(zhì)的屏蔽效能　464.1 平面電磁波：定義與性質(zhì)　464.2 入射在平面屏蔽體上的均勻平面波　484.2.1 傳輸線(xiàn)法　484.2.2 單一平面屏蔽體　504.2.3 多重屏蔽（疊層屏蔽）　544.3 垂直入射于柱狀屏蔽面的平面波　564.4 入射于球狀屏蔽體的平面波　614.5 將TL類(lèi)比法推廣到近場(chǎng)源的限制　62參考文獻(xiàn)　70第5章 屏蔽分析中的數(shù)值方法　725.1 有限元法　735.2 矩量法　815.3 時(shí)域有限差分法　905.4 有限積分技術(shù)　985.5 傳輸線(xiàn)矩陣法　1025.6 局部元等效電路法　1045.7 案例研究：開(kāi)有矩形縫隙導(dǎo)體屏蔽罩的散射　110參考文獻(xiàn)　113第6章 平面金屬屏的孔縫　1206.1 歷史背景　1206.2 問(wèn)題陳述　1216.3 低頻率分析：通過(guò)小孔徑的傳播　1226.4 小圓孔情況　1236.5 非小圓孔情況　1276.6 有限個(gè)小圓孔情況　1276.7 對(duì)任意形狀孔徑的嚴(yán)格分析：積分方程建立　1296.8 經(jīng)驗(yàn)法則　131參考文獻(xiàn)　133第7章 殼體　1357.1 金屬空腔里磁場(chǎng)的模態(tài)擴(kuò)展　1357.2 理想無(wú)源空腔內(nèi)的諧振　1387.3 空腔的并矢格林函數(shù)　1397.4 金屬內(nèi)場(chǎng)的激勵(lì)　1417.5 空腔壁在有耗損的情況下產(chǎn)生的減幅振蕩和品質(zhì)因數(shù)　1427.6 在完全導(dǎo)電空腔中的孔徑　1447.6.1 小孔徑近似問(wèn)題　1447.6.2 建立積分方程　1467.6.3 孔徑-空腔的共振　1487.7 小負(fù)載效應(yīng)　1507.8 矩形腔體　1507.8.1 對(duì)稱(chēng)性考慮　1537.9 有圓形孔的矩形腔體的屏蔽效果　1547.9.1 外部源：平面波激活　1547.9.2 內(nèi)部源：電偶極子激勵(lì)和次偶極子激勵(lì)　158參考文獻(xiàn)　163第8章 電纜屏蔽　1658.1 管狀屏蔽電纜的轉(zhuǎn)移阻抗和孔徑效應(yīng)　1668.2 轉(zhuǎn)移阻抗和孔徑效應(yīng)之間的關(guān)系　1708.3 實(shí)際電纜與配線(xiàn)　171參考文獻(xiàn)　172第9章 屏蔽組件和安裝指南　1749.1 屏蔽襯墊　1749.2 屏蔽窗口　1769.3 電磁吸收器　1789.4 屏蔽連接器　1799.5 通風(fēng)系統(tǒng)　1799.6 熔絲、開(kāi)關(guān)及其他類(lèi)似組件　179參考文獻(xiàn)　180第10章 頻率選擇性表面　18110.1 周期結(jié)構(gòu)分析　18210.1.1 弗洛凱定理和空間諧波　18210.1.2 一維周期結(jié)構(gòu)上的平面波入射　18310.1.3 二維周期結(jié)構(gòu)上的平面波入射　18410.2 高通和低通頻率選擇性平面　18510.3 帶通和帶阻頻率選擇性平面　18910.3.1 中心連接單元或N極單元　18910.3.2 環(huán)形單元　19010.3.3 內(nèi)部實(shí)心單元　19010.3.4 組合單元與分形單元　19110.4 頻率選擇性平面設(shè)計(jì)中的自由度　19110.5 可重構(gòu)和主動(dòng)式頻率選擇性平面　19210.6 頻率選擇性平面以及電路模擬吸收體　19310.7 頻率選擇性平面的模型和設(shè)計(jì)　194參考文獻(xiàn)　196第11章 屏蔽設(shè)計(jì)指南　20011.1 屏蔽需求的建立　20011.2 對(duì)功能斷點(diǎn)類(lèi)型和數(shù)量的估計(jì)　20211.3 對(duì)屏蔽材料空間限制條件和非電磁特性的估計(jì)　20211.4 屏蔽性能估計(jì)　203參考文獻(xiàn)　204……第12章 非常規(guī)屏蔽方法　205附錄A 靜電屏蔽　219附錄B 磁場(chǎng)屏蔽　234附錄C 標(biāo)準(zhǔn)與測(cè)量方法　264附錄D 英文縮略語(yǔ)　296

章節(jié)摘錄

　　第3章 屏蔽配置優(yōu)值系數(shù)　　在解決任何實(shí)際屏蔽問(wèn)題時(shí)，幾乎都要用到復(fù)雜的數(shù)學(xué)知識(shí)。在進(jìn)入復(fù)雜的數(shù)學(xué)世界之前，對(duì)屏蔽結(jié)構(gòu)用途以及量化給定配置實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的程度進(jìn)行詳細(xì)、全面的研究是非常必要的。換句話(huà)說(shuō)，本章我們將優(yōu)先對(duì)分析和設(shè)計(jì)問(wèn)題中需要用到的優(yōu)值系數(shù)定義進(jìn)行詳盡的闡述，并將它與現(xiàn)有的屏蔽結(jié)構(gòu)進(jìn)行對(duì)比。遺憾的是，人們對(duì)屏蔽配置或單個(gè)屏蔽組件（如屏蔽板、屏蔽膜、屏蔽襯墊和屏蔽窗口）的屏蔽效能測(cè)量方法還沒(méi)有達(dá)成共識(shí)。我們將在第9章討論單個(gè)、常用組件性能問(wèn)題。今后，研究的重點(diǎn)放在已采取或能夠采取的、用以量化理想情況下和實(shí)際配置（尤其是腔體）屏蔽效果（如無(wú)限域平板、圓柱形管）的優(yōu)值系數(shù)上?！　膹V義上講，屏蔽效能是一種通過(guò)在源和目標(biāo)點(diǎn)之間插入屏蔽體、用以降低或削減空間指定點(diǎn)電磁場(chǎng)的優(yōu)值系數(shù)。在這個(gè)通用定義中有幾層含義，我們將在本章后面各節(jié)進(jìn)行分析。我們將從人們普遍接受的參數(shù)出發(fā)，對(duì)更有意義的優(yōu)值系數(shù)定義等主要問(wèn)題和當(dāng)前發(fā)展趨勢(shì)進(jìn)行分析和討論。　　3.1 （局部）屏蔽效能　　任何配置的屏蔽效能（SE）都可使用兩個(gè)合適電磁功率比以及電場(chǎng)（或磁場(chǎng)）比這3個(gè)比值（單位為分貝）來(lái)表示。只有在特殊情況下，這3個(gè)比值（包括功率比和兩個(gè)與電場(chǎng)、磁場(chǎng)有關(guān)的比值）才是相同的。其他定義將在后續(xù)各節(jié)提出和討論。

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