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基于FSS的电磁波防护服研究

放大字体  缩小字体 发布日期:2017-05-12  来源:中国衡器网  作者:[db:作者]
核心提示:  当今人们对于电磁辐射的担忧日益加深,市场上很多衣物都宣称具有防辐射功能。这些衣物通常采用纤维混纺金属丝的方法实现电磁隔离。但涌现出的这些衣物往往走向两个极端:部分衣物过量使用金属,一方面导致生产成

  当今人们对于电磁辐射的担忧日益加深,市场上很多衣物都宣称具有防辐射功能。这些衣物通常采用纤维混纺金属丝的方法实现电磁隔离。但涌现出的这些衣物往往走向两个极端:部分衣物过量使用金属,一方面导致生产成本过高,另一方面导致衣物过重;另一部分衣物仅仅混杂极少量金属就宣称可以实现良好的防辐射效果,但缺乏:现在考虑可能影响传输特性的几个变量:网格中单元四边形的边长/,金属丝半径〃,四边形的顶角。在下文中我们将通过仿真分别讨论这些参数对传输特性的影响,从而得出这些参数的最优值。1(b)金属网格-1电磁波防护服等效结构3.3辐射源的建立本文中结合实际情况将辐射源分为两大类,第一种情况:辐射源距离人体较远,此时入射的电磁波可以近似的看成垂直或倾斜入射的平面波。本文将在此种情况下讨论网格单元各参量对传输特性的影响。

  另外一种情况,我们将考虑手持通信设备在距离人体很近情况下电磁波防护服饰对对电磁辐射的衰减特性。本文建立了一个可以工作在920/1710MHz频率下的平面倒F贴片手机天线,如-2所示,将其与防辐射网格结合仿真,以获取近距离辐射下的传输特性。

  4仿真结果分析4.1远场情况下的仿真远场情况下的仿真本文用CST中的FSS模板建立了金属网格结构,并将网格单元的各个参数设为变量,频率范围设在0-3GHz,用频域求解器仿真。

  如-1所示,由防辐射服等效出来的金属网格结构是一个典型的高通FSS结构,其对电磁波的衰表4-1 S21与单元四边形的边长l的关系(r=0.05mm,如表4-1所示/越小,防辐射服的衰减性能越好。

  表4-2S21与金属丝半径r的关系表4-3S21与四边形的顶角0的关系减效果随着频率的降低而增强。如果在2.4GHz频点处的S2i满足了题设要求,那么就可以说此时的防辐射服满足了性能指标。

  首先固定/、r、0,考察平面波入射角度0对传输参数S21的影响。经过仿真,平面波入射角度0越大,防辐射服对电磁波的衰减也就越大,所以只需讨论平面波垂直入射的情况,此种情况满足要求的话,斜入射时的性能指标自然满足以下如无特殊说明平面波均为垂直入射,考察频点取在2.4GHz.如表4-2所示金属丝半径〃与传输参数s21成反比关系,r越大,防辐射服的衰减性能越好。

  辐射服的衰减性能就越差,所以,将顶角0固定在90是一个最佳选择。

  4.2同等衰减指标下材料利用率的讨论由上文可以看出,对于同样的衰减指标,有两种方法可以提供选择。以实现-40dB的衰减为例,一种是减小菱形的边长/,另外一种是增加金属丝的半径r.先通过近似计算说明那一种方法更能节省贵重金属材料。假设一件防辐射服消耗1m2的布料,则消耗金属材料的总体积为:将两种方法的数据带入情况下的衰减特性也是一个重要指标。为此本文仿照实际情况建立了一个平面倒F贴片手机天线与金属网格联合仿真(如-2所示),考察防辐射服在近距离辐射情况下的对电磁波的辐射特性。此时,考虑到典型情况金属网格与贴片天线反射面平行,且与反射面相距20mm.金属丝尺寸过小将导致CST剖分网格数过多,无法计算,因此本文采用以下非最优尺寸的金属丝网格进行类比仿真:r=0.2mm,0此时在2.4GHz的频率下s21而由-4可看出,加了金属网格后洲/ =90的电场强度是12.56F/m.可知,电场强度衰减了83.8%,而辐射功率衰减了97.39%.比远辐射源平面电磁波入射时的性能略差,但仍在可以接受的范围内。

  5结论本文结合FSS的相关理论,采用专业微波仿真软件CST对电磁波防护服饰基本结构的金属网格的各个参数进行的细致的仿真,给出了满足两种不同标准的优化金属网格结构与参数:对于远场传输系/=1.8mm;对于远场传输系数21要低于-40dB的要/=0.78mm.这两组参数在满足了给出的远场要求的同时,也能较好的屏蔽近距离的辐射,同时较大幅度的节约了贵金属材料,给企业降低了成本的同时也有利于电磁波防护服饰的普及。因此,本文给出的金属网格结构与参数可以作为电磁波防护服饰生产的重要。

  -3贴片手机天线半径0.1m处,垂直面内的二维波瓣图(/=1.71GHz),(a)未覆盖金属网格,(b)覆盖有金属网格

 
 
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