[发明专利]一种小孔电极化系数的提取方法

说明书

本发明公开了属于电磁屏蔽技术领域中的一种小孔电极化系数的提取方法。包括：在电磁场数值计算软件中创建带孔屏蔽体模型，并施加材料属性与边界条件；通过软件计算得到屏蔽体内开孔中轴线上的电场强度，并将该电场强度减去板间均匀电场强度，得到与小孔相关的电场强度；取其在距开孔中心一定距离上的结果作为适用于计算的电场强度；将适用于计算的电场强度与测量点距孔中心的距离做指数拟合，利用拟合的系数得到小孔的电极化系数。本发明取得了对带孔屏蔽体的开孔电极化系数的计算不限于开孔形状的徐刚，在有限大小的带孔屏蔽体模型中，可以较为准确地获得开孔的电极化系数。

技术领域

本发明属于电磁屏蔽技术领域，特别涉及一种小孔电极化系数的提取方法。

背景技术

依靠金属腔体进行屏蔽，是抑制电磁骚扰常用的技术手段之一。在实际应用中，小到各种电力电子设备，大到各类试验场所等，都常以金属腔体作为屏蔽，隔绝外界的电磁骚扰。但事实上，大多数屏蔽体都会出于通讯、通风、散热等需求而带有若干开孔。开孔的存在为屏蔽体内外的电磁场提供了耦合的途径，从而大大削弱了屏蔽体的屏蔽性能。所以，对于开孔的研究具有重要的工程和社会意义。

目前，对于开孔屏蔽体的研究中，电磁波的屏蔽研究较多，但在实际中也会碰到低频电场屏蔽的问题，如变电站、高压设备附近的屏蔽问题。根据电磁环境控制限值标准GB8702-2014，为控制电场所致的公众暴露，环境中电场强度应小于一定的限值，当频率在时，电场强度应不大于8000V/m，在常用工频50Hz时，电场强度应不大于4000V/m。因此以静电场(低频电场)为研究对象做出研究，可以为屏蔽体的设计提供指导。

Bethe理论用小孔的极化系数来描述孔的电磁泄漏特性，是评价小孔屏蔽性能的重要理论。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，从孔往被屏蔽的一侧泄漏的电磁场可以表示成位于孔径上的电偶极子、磁偶极子的场，其中，电偶极矩与入射电场的法向分量成正比，比例系数称为电极化系数。可以证明，当小孔处在静电场中时， 上述理论依然成立，且此时的电极化系数与电磁波情况下的电极化系数相等。对于现有的开孔中，只有圆孔和椭圆孔存在电极化系数的解析公式，其他各类如矩形孔、十字形孔乃至不规则开孔，都只能借助数值计算方法或试验方法进行提取。因此，本发明的目的在于，在静电场仿真的情况下，利用有限大小的带孔屏蔽体模型，得到任意形状开孔的电极化系数。

发明内容

本发明的目的是提出一种小孔电极化系数的提取方法，其特性在于：该方法是一种基于静电场情况的仿真方法，利用电磁场数值计算软件，得到带孔屏蔽体中的电场分布，进而通过适当位置的电场强度结果，反推出任意形状开孔的电极化系数；具体包括如下步骤：

步骤1：在电磁场数值计算软件中创建带孔屏蔽体模型，并施加材料属性与边界条件；

步骤2：通过软件计算得到屏蔽体内开孔中轴线上的电场强度，并将该电场强度减去板间均匀电场强度，得到与小孔相关的电场强度，其中，板间均匀电场强度大小＝上或下极板与中间极板的电位差/上或下极板与中间极板的距离；

步骤3：取步骤2中得到的与小孔相关的电场强度在距开孔中心一定距离上的结果作为适用于计算的电场强度；

步骤4：将步骤3中得到的适用于计算的电场强度与测量点距孔中心的距离做指数拟合，在拟合过程中，定义y为开孔中轴线上的电场强度，z为观测点到开孔中心的距离，拟合方程为E＝az^b。其中,a为与小孔电极化系数有关的系数,b代表了场强随距离的几次方发生变化(根据电偶极子的特性,b理论上应为3)。利用拟合的系数a得到小孔的电极化系数。

所述步骤1中带孔屏蔽体模型的建立包括以下步骤：

步骤101：创建立方体模型，该立方体的上下表面为正方形，边长不小于中间带板开孔尺寸的30倍，立方体的高不小于开孔尺寸的10倍；