含超导的多层屏蔽体磁屏蔽的仿真研究

摘要

随着科学技术的不断发展，个人计算机、移动通信设备、雷达、卫星、超高压输电网等会导致电磁辐射，并对人类健康、国民经济和国防建设造成严重危害，研发有效的电磁屏蔽方式愈发成为人们关注的重要课题，电磁屏蔽包括两个方面，一方面要减少设备产生的磁场，使非常邻近的设备和操作人员免受电磁辐射，另一方面，使非常灵敏的探测设备免受周围环境的电磁噪音的干扰。目前电磁屏蔽主要使用铁铜铝等常金属导体，近年来，高温超导磁屏蔽技术的已广泛应用于生物检测、核磁共振和磁悬浮列车等领域，利用高温超导体的迈斯纳效应，也即只要不超过其临界磁场Hc，对于任何频率的磁场甚至直流磁场都具有完全排磁性。本文研究利用超导材料、铁和铜作为被动磁屏蔽。
　　本文首先分析了高温超导材料的电磁屏蔽基本原理，利用铜铝等高电导率导体、铁镍等强铁磁体和高温超导体的互补磁屏蔽特性，采用Ansoft Maxwell3D三维有限元分析（FEM）软件进行仿真分析，在由铜绕组产生的稳定磁场中的圆柱形空心磁屏蔽体的磁屏蔽特性。本文研究在不同频率电磁场作用下，单层高温超导圆柱形屏蔽体的磁屏蔽特性，并研究超导体 YBCO/Fe组合结构及超导体YBCO/Cu组合结构的双层空心圆柱形磁屏蔽体的磁屏蔽特性，研究超导体YBCO/Fe/Cu三层组合结构的空心圆柱形屏蔽体的磁屏蔽特性，为了分析在交流磁场作用下的磁屏蔽特性，使外加磁场与圆柱体的轴线平行，圆柱体的高度也选择相同，也分析了其在不同外加磁场作用下磁屏蔽特性。
　　通过仿真研究表明，YBCO/Fe组合结构的屏蔽体对低频交变磁场的磁屏蔽效能比单层YBCO屏蔽体的屏蔽效能高3倍，YBCO/Cu组合结构的屏蔽体对高频交变磁场的磁屏蔽效能比单层YBCO屏蔽体的屏蔽效能高2倍，YBCO/Fe/Cu三层组合结构的屏蔽体，对各种频率的电磁场的磁屏蔽效能比单层YBCO屏蔽体的屏蔽效能高4倍，最理想磁屏蔽体结构是 YBCO/Fe/Cu三层组合结构，其具有最高的磁屏蔽效能，因此高温超导磁屏蔽特性的研究对电磁辐射问题的解决具有重要的理论意义和应用价值。

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第1章 绪论

1.1 引言

1.2 国内外的发展现状

1.3 本文的主要研究内容

第2章 超导磁屏蔽的基本原理

2.1 电磁屏蔽

2.2 高温超导材料的磁屏蔽原理

2.3 本章小结

第3章 有限元法和Ansoft电磁场仿真基础

3.1 有限元法的简介

3.2 Ansoft软件的电磁场分析

3.3 本章小结

第4章 超导圆柱形屏蔽体磁屏蔽的理论分析

4.1 强磁场中通过超导体侵入的磁场

4.2 弱磁场中通过超导体侵入的磁场

4.3 本章小结

第5章 含超导的多层圆柱形屏蔽体磁屏蔽的仿真研究

5.1 引言

5.2 单层超导圆柱形屏蔽体磁屏蔽的仿真研究

5.3 铁与超导体组合的两层圆柱形屏蔽体磁屏蔽仿真研究

5.4 铜与超导体组合的两层圆柱形屏蔽体磁屏蔽仿真研究

5.5 铜、铁和超导体组合的三层圆柱形屏蔽体磁屏蔽仿真研究

5.6 本章小结

结论与展望

1、本文主要工作及结论

2、本文的不足与展望

参考文献

致谢

附录A 攻读学位期间所发表的学术论文