屏蔽理论
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屏蔽体组件屏蔽计算理论部分这里主要根据图纸计算了侧向屏蔽的计算,先计算出混凝土的屏蔽层厚度,再根据公式换算为钢的厚度。
按照1.5MeV 计算。
1、侧屏蔽厚度的屏蔽计算(1)计算厚靶条件下X 射线发射率由图1给出不同能量电子轰击高Z 物质厚靶,入射1mA 电子束,离靶核1m 远处,产生的X 射线发射率【rad •m 2/(mA•min)】。
在辐射加工中,X 射线发射率通常用(Gy• m 2/(kW•h)来表示。
转换关系如下1【rad•m 2/(mA•min)】=(0.6/E )[Gy• m 2/(kW•h)] 由此可以得出单位千瓦的电子束发射率,从而可以计算出90°方向吸收剂量率指数D(束流功率率单位千瓦的电子束发射⨯=D )。
D=(100×0.6/1.5) ×1.5×60=3600Gym 2/h (2)由公式 计算透射系数()()[]DT B /d H 1012M 6-x ⨯⨯=H M -最大可允许的当量剂量率,μSv/h ;D-在辐射源距离标准参考点1m 远处的吸收剂量率指数,Gym 2/hr ; d-X 源与参考点之间的距离,m ; T-区域的居留因子;图2 X射线的发射率(电子轰击高Z厚靶)(3)1/10值层数)(X B /1log n(4)查曲线图2,确定该电子束90°方向的当量电子能量;查1/10值层曲线图3或查表1得:第一个1/10屏蔽值层厚度T 1和随后的1/10屏蔽值层厚度T e 。
T 1=19cm ,T e =16cm 1 (5)混凝土厚度:S= T 1+ T e (n-1)(6)为了安全,附加1~2各半值层(HVL )厚度,半值层厚度可由下式计算得:1HVL ≈0.3TVL ≈5.7cm按以上方法计算可得各侧屏蔽采用混凝土屏蔽的厚度理论计算结果见表1-1。
1NCRP.Radiation Protection Design Guidelities for 0.1~100MeV ParticleAccelerator Facilities :NCRP Report No.51[R].Washington :Pergamon Press ,1977表1-1 混凝土厚度计算结果与源的距离 计算结果1 东 2680/2=1340 145.5 西 2680/2=1340145.5 南 1065 148.7 北965150.0接着模仿铁门屏蔽厚度等价的方法,有公式:修正换算材料对钢的密度的换算后材料的半值厚度钢的半值厚度混凝土换算材料⨯⨯=t t由于此处换算后材料就是钢,密度不需要做修正,可得换算后材料的半值厚度钢的半值厚度混凝土钢⨯=t t钢的半值厚度为2.4,混凝土的半值厚度为10.5,计算可得:表1-2 钢厚度计算结果与源的距离 计算结果2 东 2680/2=1340 33.3 西 2680/2=134033.3 南 1065 34.0 北96534.3。
手机屏蔽原理手机屏蔽,顾名思义,就是通过一定的技术手段,将手机对特定信号的接收和发送进行屏蔽,从而达到限制手机功能的目的。
手机屏蔽原理是一项涉及无线通信技术和电磁波理论的复杂技术,下面将对手机屏蔽的原理进行详细介绍。
首先,手机屏蔽的原理基于电磁波的特性。
手机通信是通过无线电波进行的,而无线电波是一种电磁波,它具有波长和频率的特性。
在特定的频率范围内,无线电波可以传输信息,而手机屏蔽就是通过干扰或屏蔽特定频率的无线电波,来限制手机通信功能。
其次,手机屏蔽的原理涉及到信号干扰技术。
信号干扰是一种通过发送特定干扰信号来干扰目标信号的技术。
在手机屏蔽中,通过发射特定频率和功率的信号,可以干扰手机的接收和发送功能,从而实现对手机通信的屏蔽。
另外,手机屏蔽的原理还包括电磁屏蔽材料的应用。
电磁屏蔽材料是一种具有屏蔽电磁波功能的材料,它可以吸收或反射特定频率的电磁波,从而达到屏蔽的效果。
在手机屏蔽中,使用电磁屏蔽材料可以在特定区域内形成屏蔽场,从而限制手机通信功能。
总的来说,手机屏蔽的原理是通过电磁波的特性、信号干扰技术和电磁屏蔽材料的应用,来实现对手机通信功能的限制。
这项技术在军事、安全和管理等领域有着重要的应用,同时也引发了一些社会和伦理问题。
随着通信技术的不断发展,手机屏蔽技术也在不断更新和完善,以适应不同的需求和场景。
在实际应用中,手机屏蔽技术需要严格遵守相关法律法规,确保不会对正常通信和用户权益造成影响。
同时,也需要加强对手机屏蔽技术的监管和管理,防止其被非法使用和滥用。
只有在合法、合理、必要的情况下,手机屏蔽技术才能发挥其应有的作用,为社会和公共安全做出贡献。
综上所述,手机屏蔽的原理涉及电磁波特性、信号干扰技术和电磁屏蔽材料的应用,通过这些技术手段来实现对手机通信功能的限制。
在使用手机屏蔽技术时,需要严格遵守相关法律法规,确保其合法、合理、必要的使用,以维护正常通信秩序和用户权益。
随着技术的不断发展,手机屏蔽技术也将迎来新的挑战和机遇,为社会和公共安全做出更大的贡献。
化学屏蔽常数的理论计算方法及相应的程序
简介
屏蔽常数理论(shielding constant theory)是一种与分子性质及
其能量有关的化学理论,它可以帮助研究人员分析分子中原子间的化
学键,并计算分子结构及其相应的化学性质。
其中,二阶屏蔽常数理
论(Second-Order Shielding Constant Theory)是一种常用的理论方法,它可以用于计算分子的三维结构及其相应的能量值及屏蔽系数。
这种理论的计算过程和传统的量子力学原理一样,但相比而言,
有更少的变量和更简单的计算过程,并且可以计算任意分子的屏蔽常数。
为了使用这种理论计算分子的屏蔽常数,处理步骤包括:(1)
对分子模型建模,其中应包含节点坐标、原子元素种类和原子组成及
其电荷;(2)用Gaussian程序计算在给定条件下的原子节点结构,
计算本征函数和一阶变态能值;(3)根据以上一阶结构的共振能量,计算屏蔽常数。
在计算屏蔽常数时,需使用特殊的程序,如MOPAC和Turbomole程序,这些程序能够根据所提供的信息,自动求取出所需
的屏蔽常数。
这也是这种理论的一个显著优势之一,能够让研究人员
轻松计算任何大小分子的屏蔽常数,而无需人工干预。
总之,二阶屏蔽常数理论作为一种有用的化学理论,可用来计算
任何能量及其屏蔽常数,并且仅需使用特定的程序即可实现,因此受
到广泛的应用。
电磁屏蔽理论发展历程电磁屏蔽是指利用特定材料和结构来阻挡电磁波的传播,以保护敏感设备和人员免受电磁辐射的危害。
电磁屏蔽理论的发展经历了多个阶段,以下将从早期研究开始,分析电磁屏蔽的理论发展历程。
早期,人们对电磁波的屏蔽主要是通过利用金属材料来实现。
19世纪末,人们发现金属能够有效地阻挡电磁波的传播,因此开始重点研究金属屏蔽结构。
当时,屏蔽结构的设计主要是基于几何形状,通过控制金属的几何特性来实现电磁波的屏蔽效果。
这种方法虽然能够实现一定程度的屏蔽效果,但由于金属的导电性和尺寸限制,其屏蔽性能往往不太理想。
20世纪初期,人们开始研究电磁屏蔽材料的发展。
1923年,德国物理学家戈特费洛斯提出了金属网格结构,通过调节网格的周期和尺寸,可以实现对特定频率电磁波的屏蔽效果。
这一发现为后来的屏蔽理论研究奠定了基础,同时也为电磁屏蔽材料的发展提供了新的思路。
20世纪50年代,随着电子技术的迅速发展,电子设备越来越小型化,同时对电磁屏蔽的要求也越来越高。
于是,人们开始研究纳米材料在电磁屏蔽中的应用。
纳米材料具有较大的比表面积和丰富的界面能,可以吸收和散射电磁波。
通过调节纳米材料的成分、形态和分布,可以实现对不同频率电磁波的屏蔽效果。
因此,纳米材料被广泛应用于电磁屏蔽材料的研究和制备中。
近年来,随着电子通信技术的快速发展,5G、物联网等新一代无线通信技术的兴起,电磁屏蔽的研究又取得了新的突破。
现代电磁屏蔽材料的研究不再局限于单一材料的开发,而是基于复合材料的设计和制备。
复合材料可以通过调节不同材料的配比、分布和形态,实现更好的屏蔽性能和更广泛的应用范围。
此外,人工合成材料、超材料、等离子体材料等新材料的研究也为电磁屏蔽的理论和应用提供了新的思路和方法。
总体来看,电磁屏蔽理论的发展历程经历了从金属屏蔽结构到电磁屏蔽材料的转变,从宏观几何形状到微观结构的改变,从单一材料到复合材料的发展。
电磁屏蔽理论的研究不仅推动了电磁屏蔽材料的制备和应用,还为电磁波的控制和应用提供了新的思路和方法。
电磁屏蔽基本原理在电子设备及电子产品中,电磁干扰(Electromagnetic Interference)能量通过传导性耦合和辐射性耦合来进行传输。
为满足电磁兼容性要求,对传导性耦合需采用滤波技术,即采用EMI滤波器件加以抑制;对辐射性耦合则需采用屏蔽技术加以抑制。
在当前电磁频谱日趋密集、单位体积内电磁功率密度急剧增加、高低电平器件或设备大量混合使用等因素而导致设备及系统电磁环境日益恶化的情况下,其重要性就显得更为突出。
屏蔽是通过由金属制成的壳、盒、板等屏蔽体,将电磁波局限于某一区域内的一种方法。
由于辐射源分为近区的电场源、磁场源和远区的平面波,因此屏蔽体的屏蔽性能依据辐射源的不同,在材料选择、结构形状和对孔缝泄漏控制等方面都有所不同。
在设计中要达到所需的屏蔽性能,则需首先确定辐射源,明确频率范围,再根据各个频段的典型泄漏结构,确定控制要素,进而选择恰当的屏蔽材料,设计屏蔽壳体。
屏蔽原理电屏蔽的实质是减小两个设备(或两个电路、组件、元件)间电场感应的影响。
电屏蔽的原理是在保证良好接地的条件下,将干扰源所产生的干扰终止于由良导体制成的屏蔽体。
因此,接地良好及选择良导体做为屏蔽体是电屏蔽能否起作用的两个关键因素。
磁屏蔽的原理是由屏蔽体对干扰磁场提供低磁阻的磁通路,从而对干扰磁场进行分流,因而选择钢、铁、坡莫合金等高磁导率的材料和设计盒、壳等封闭壳体成为磁屏蔽的两个关键因素。
电磁屏蔽的原理是由金属屏蔽体通过对电磁波的反射和吸收来屏蔽辐射干扰源的远区场,即同时屏蔽场源所产生的电场和磁场分量。
由于随着频率的增高,波长变得与屏蔽体上孔缝的尺寸相当,从而导致屏蔽体的孔缝泄漏成为电磁屏蔽最关键的控制要素。
屏蔽效能屏蔽体对辐射干扰的抑制能力用屏蔽效能SE(Shielding Effectiveness)来衡量,屏蔽效能的定义:没有屏蔽体时,从辐射干扰源传输到空间某一点(P)的场强 1( 1)和加入屏蔽体后,辐射干扰源传输到空间同一点(P)的场强 2( 2)之比,用dB(分贝)表示。
屏蔽技术1 概述电磁兼容设计应达到两个目的:一是通过优化电路和结构方案的设计,将干扰源本身产生的电磁噪声减低到能接受的水平;一是通过各种干扰抑制技术,将干扰源与被干扰电路之间的耦合减弱到能接受的程度。
屏蔽技术是达到上述目的的最重要的手段之一。
按要屏蔽的电磁场性质分类,屏蔽技术通常分为三大类:电场屏蔽、磁场屏蔽和电磁场屏蔽。
电场屏蔽一般针对静电场和低频交变电场的屏蔽,磁场屏蔽主要针对直流磁场屏蔽和低频交流磁场屏蔽,电磁场屏蔽主要针对同时存在电磁及磁场的高频辐射电磁场的屏蔽。
按屏蔽体的结构分类,可以分为完整屏蔽体屏蔽(屏蔽室或屏蔽盒等)、非完整屏蔽体屏蔽(带有孔洞、金属网、波导管及蜂窝结构等)以及编织带屏蔽(屏蔽线、电缆等)。
2 屏蔽的基本原理2.1 电场屏蔽我们知道,当一个带有正电或负电的物体靠近一个导体时,就会在该导体上产生感应电荷,当电荷平衡时,靠近物体的一边产生和该物体极性相反的等量电荷,另外一边产生和该物体极性相同的等量电荷,这个就是静电感应现象。
倘若感应的电场很强,且物体距离很近,就会发生静电放电。
静电放电是有危害的,比如人体接触一块电路板或电子装置的某个部位时,就可能造成静电放电,尽管放电电流我们可能感觉不到,但一些器件或许就会因为这次放电而损坏。
表2-1 常见半导体器件的静电放电易损电压参考值是否处于外电场中,必定为等势体,其内部场强为零,这是静电屏蔽的理论基础。
因为封闭导体壳内的电场具有典型意义和实际意义,我们以封闭导体壳内的电场为例对静电屏蔽作一些讨论。
若壳内无带电体而壳外有电荷q,则静电感应使壳外壁带电,静电平衡时壳内无电场。
这并不是说壳外电荷不在壳内激发电场。
由于壳外壁感应出异号电荷,它们与q在壳内空间任一点激发的合场强为零,因而导体壳内部不会受到壳外电荷q或其他电场的影响。
壳外壁的感应电荷起了自动调节作用。
如果把上述空腔导体外壳接地,则外壳上感应正电荷将沿接地线流入地下。
静电平衡后空腔导体与大地等势,空腔内场强仍然为零。
如果空腔内有电荷,则空腔导体仍与地等势,导体内无电场。
这时因空腔内壁有异号感应电荷,因此空腔内有电场。
此电场由壳内电荷产生,壳外电荷对壳内电场仍无影响。
由以上讨论可知,封闭导体壳不论接地与否,内部电场不受壳外电荷影响。
如果壳内空腔有电荷q ,因为静电感应,壳内壁带有等量异号电荷,壳外壁带有等量同号电荷,壳外空间有电场存在,此电场可以说是由壳内电荷q 间接产生。
也可以说是由壳外感应电荷直接产生的。
但如果将外壳接地,则壳外电荷将消失,壳内电荷q 与内壁感应电荷在壳外产生电场为零。
可见如果要使壳内电荷对壳外电场无影响,必须将外壳接地。
总之,封闭导体壳不论接地与否,内部电场不受壳外电荷与电场影响,接地封闭导体壳外电场不受壳内电荷的影响。
实际应用中,金属导体壳必须接地,这样才能使内部的仪器或工作环境不受外部电场影响,内部的仪器也不对外部产生电场影响。
低频交变电场的屏蔽和静电屏蔽的情况完全一样。
2.2 磁场屏蔽磁场屏蔽的目的是消除或抑制直流或低频交流磁场噪声源与被干扰回路的磁耦合。
当电流流过一根导线时,在导线周围会同时产生电场和磁场。
如果把导线用一个良好的接地非导磁金属屏蔽体封闭起来的话,电场的电力线则终止在该屏蔽体,电场得到了良好的屏蔽,而对原磁力线没有什么影响。
如图2-1所示。
导导图 2-1 电场屏蔽体不能屏蔽磁场对噪声源的磁场屏蔽通常采用两种办法: 1. 采用高磁导率材料的屏蔽体导导导导导导导导导导导导导导a 导导b 导图 2-2 磁屏蔽原理如图2-2(a )所示,磁场噪声源用一个高磁导率材料的屏蔽体封闭起来,由于高磁导率材料的低磁阻,噪声源的磁力线将被封闭在磁屏蔽体内。
在这种情况下,为了获得好的屏蔽效果,必须保证磁路畅通。
当磁屏蔽体必须开狭缝时,狭缝不能切断磁路,即狭缝只能与磁通方向一致。
这种方法只能用于屏蔽直流和低频磁场的屏蔽,因为只有低频时,这些材料才能保持低的磁阻。
2. 采用反向磁场抵消噪声磁场原理如图2-2(b )所示,用非导磁的金属屏蔽体将中心导线包围起来,并让屏蔽体流过和中心导线相等的电流,这样,在屏蔽体的外部,总的噪声磁场为零。
这种方法适用于高频磁场屏蔽及利用屏蔽电缆实现磁屏蔽的场合,金属屏蔽材料应为良导体。
对高频磁场,由于高频磁场的作用,屏蔽体表面会产生电磁感应涡流,根据楞次定律,该涡流将产生一个反磁场来抵消穿过屏蔽体的原来磁场,如图2-3所示。
B 干图 2-3 金属板对高频磁场的排斥作用在这种情况下,涡流越大屏蔽效果越好。
因此,高频磁场的屏蔽要选良导体材料,随着频率的增高,磁屏蔽效果也越好。
当涡流产生的反磁场足以完全排斥噪声磁场,涡流将不再增大而保持一个常值。
此外,由于趋肤效应,涡流只在材料的表面流动,所以只要一层很薄的金属材料就足以屏蔽高频磁场。
用这种方法可以屏蔽电缆芯线的磁噪声。
图2-4(a )中是一个简单的电缆电路模型。
电缆屏蔽层必须在两端接地才能将芯线中产生的磁场抵消。
I 1I G 1(b)(a)图 2-4 用屏蔽层电流屏蔽高频干扰源磁场图2-4(b )是其等效电路。
沿地回路可得电路方程:)()(01M j I R L j I S S S ωω-+= (2-1)其中,M 为屏蔽电缆屏蔽层和芯线间的互感,且M=L S ,可得:css S j j j L R j j I I ωωωωω+=+=)/(1 (2-2)式中,c ω为屏蔽电缆的截止频率。
大多数屏蔽电缆的截止频率只有几千赫兹。
从式(2-2)可见,当c ωω〉〉时,1I I s ≈,这时屏蔽层由于互感的作用,他表现出的阻抗值要比地阻抗低得多,因此它成为这样电缆的返回通道,使芯线产生的磁场得到屏蔽。
但是如果c ωω5〈时,1I I s 〈,随着ω的降低,越来越多的电缆将从低阻抗分流,因而磁屏蔽效能将随之下降。
所以,在低频时,图2-4所示屏蔽层在电缆两端接地的方式是不能达到屏蔽效果的。
这时,应采用图2-5所示的方式,屏蔽层在源端一点接地,以保证这1I I s =这一磁屏蔽条件。
图 2-5 屏蔽层在源端一点接地,屏蔽低频磁场2.3 辐射电磁场屏蔽对于电磁场,电磁分量和磁场分量是同时存在的,所以要同时对磁场和电磁加以屏蔽。
高频电磁屏蔽的机理主要是基于电磁波穿过金属屏蔽体产生波反射和波吸收的机理。
电磁波到达屏蔽体表面时,由于空气与金属的交界面上阻抗的不连续,对入射波就会产生反射。
电磁波的波阻抗和屏蔽层的特征阻抗相差越大,反射就越大;电磁波的频率越低反射越大。
未被表面反射掉而进入屏蔽体的能量,在体内向前传播的过程中,被屏蔽材料所衰减,也就是所谓的吸收。
在屏蔽体内尚未衰减掉的剩余能量,传到材料的另一表面时,遇到金属-空气阻抗不连续的交界面,会形成再次反射,并重新返回屏蔽体内。
这种反射在两个金属的交界面上可能有多次的反射。
总之,屏蔽体对电磁的衰减主要是基于电磁波的反射和电磁波的吸收。
3 屏蔽效果的度量和计算3.1 屏蔽效能的几种表示1. 屏蔽系数屏蔽系数s η指被干扰的导体在加屏蔽后的感应电压U S 与未加屏蔽时的感应电源电压U 0之比,即U U S S =η (3-1)显然,屏蔽系数越小越好。
2. 透射系数投射系数T 指加屏蔽后某一测量点的场强与同一测量点未加屏蔽时的场强之比,即对电场 0E E T S E =对磁场 0H H T S H = (3-2)3. 屏蔽效能屏蔽效能SE 指未加屏蔽某一测量点的场强与同一测量点加屏蔽时的场强之比,以dB 为单位。
对电场 s0lg20E E SE E =对磁场 SH H H SE 0lg20= (3-3)屏蔽效能越大表示屏蔽效果越好。
从上式可见,屏蔽效能SE 和投射系数T 的关系为TSE 1lg20= (3-4)图3-1描述了电磁波穿过金属屏蔽层所发生的表面反射、体内吸收和多次反射的电磁场强及能量的衰减过程。
根据屏蔽效果的各种定义,不难得出:电场磁场屏蔽体界面1界面2Z 0EtHt图 3-1 电磁波窗屏蔽层时的吸收、反射及屏蔽体内多次反射示意图多次反射吸收反射T T T ⨯⨯=T代入(3-4),得B A R SE ++= (3-5)式中反射T R 1lg20= 称为反射损耗 (3-6)吸收T A 1lg20= 称为吸收损耗 (3-7)多次反射T B 1lg20= 称为多次反射损耗 (3-8)3.2 屏蔽效能的计算1)电场屏蔽效能的计算当远场中的电场分量到达金属屏蔽板时,大部分电场能量在电磁波入射的第一界面被反射掉,剩下的部分透过屏蔽层时部分被吸收,参与穿过屏蔽层进入接收部分的电磁能量很小,所以多次反射损耗可忽略不计。
电场的总屏蔽效能则等于反射损耗和吸收损耗之和。
E E E A R SE += (3-9)2)磁场屏蔽效能的计算计算磁场屏蔽效能时必须考虑屏蔽层内的多次反射。
磁场分量和电场分量恰恰相反,磁场的反射波要比入射波的磁场强度大一倍。
所以,磁场的总屏蔽效能为:H H H H B A R SE ++= (3-10) 3)辐射(远场)电磁场屏蔽效能与频率的关系图3-2给出了一块0.05mm 的铜皮对平面波屏蔽效能和频率关系曲线。
3002502001501005001000011000.01导导导kHz 导导导导导导dB 导导导导导导导导图 3-2 0.05mm 厚的铜皮对平面波的屏蔽效能频率特性从图中可以清楚的看到,在低频时,屏蔽效能以反射损耗为主,而在高频时则以吸收损耗为主。
4 不完整屏蔽对屏蔽效能的影响理论上,除了对低频磁场的屏蔽外,要到达90dB 的屏蔽效能毫不困难。
但实际上并非如此,因为完整的屏蔽体是不存在的,屏蔽体上的门、盖、各种孔、开关和铰链等,均不得不破坏屏蔽的完整性,使实际的屏蔽效能降低。
实践证明,屏蔽材料本身固有的屏蔽效能与由于这些缝隙、开孔引起的实际屏蔽效能的下降相比,后者的影响往往更为严重,而屏蔽的不完整性对磁场泄露的影响又往往比对电场泄露的影响严重。
磁场泄露主要和开孔的最大线性尺寸、波阻抗、电磁波的频率等因素有关。
4.1 缝隙的影响图 4-1 无限长狭缝如图4-1所示,设在金属屏蔽体中有一无限长的缝隙,其间隙为g ,屏蔽板的厚度为t.,入射电磁波的磁场强度为H 0,泄露到屏蔽体中的磁场强度为H p ,但趋肤深度g 3.0〉δ时,得:gt pH H/0π-= (4-1)上式表明,当缝隙又窄又深时,磁场泄露就小;反之则大。
实际上,缝隙引起的泄露要比上述的复杂得多。
它不仅和缝隙的宽度、板的厚度有关,而且和其直线尺寸、缝隙的数目以及波长等有密切关系。
频率越高,缝隙的泄露越严重。
而且在相同缝隙面积的情况下,缝隙的泄露比孔洞的泄露严重。
特别是当缝隙的直线尺寸接近波长时,由于缝隙的天线效应,屏蔽体本身可能成为一个有效的电磁波辐射器,从而严重地破坏屏蔽体的屏蔽效果。