研究目的
分析具有导电插入层的手征介质结构在GHz频率高传输水平下的相关加热效应,用于电磁屏蔽应用。
研究成果
研究表明,含导电插入体的手性介电结构能够集中电磁能量,从而产生局部加热效应。金属与碳质插入体对介电特性的影响各异:金属插入体会形成阴影区,而碳质插入体则能集中能量损耗。温度梯度可达显著水平(例如高功率下最高327开尔文),这将影响机械性能。该发现对设计电磁屏蔽装置和能量收集系统具有重要价值,并为高功率应用中的热管理提供了建议。
研究不足
该研究依赖于数值模拟,可能无法完全反映现实世界的复杂性。局限性包括模拟中的内存限制(N值约限制在1000次插入以内)、热边界条件假设对精度的影响,以及针对特定频率和材料的研究缺乏广泛的实验验证。
1:实验设计与方法选择:
本研究采用基于Nicolson、Ross和Weir(NRW)方法的数值模拟来表征介电特性,并使用CST Microwave Studio进行电磁仿真。热效应通过推导公式及与CST Design Environment热求解器的协同仿真进行估算。
2:样本选择与数据来源:
介电样本为CHISMACOMB项目的纤维增强聚合物原型,参数ε=5.2,tanδ=0.023。插入物包括尺寸为0.001毫米至0.1毫米、体积比为10^-6至10^-1的金属(金)和石墨立方体。
3:2,tanδ=023。插入物包括尺寸为001毫米至1毫米、体积比为10^-6至10^-1的金属(金)和石墨立方体。
实验设备与材料清单:
3. 实验设备与材料清单:用于电磁仿真的CST Microwave Studio软件,用于热协同仿真的CST Design Environment,介电材料(环氧玻璃纤维,ρ≈1800千克/立方米,cp≈1255焦耳/千克·开尔文,k≈0.29瓦/米·开尔文),插入物(金和石墨立方体)。
4:29瓦/米·开尔文),插入物(金和石墨立方体)。
实验流程与操作步骤:
4. 实验流程与操作步骤:仿真中将介电样本置于端口之间,并设置平面波行为的边界条件。采用自适应网格划分及收敛标准。计算S参数并输入NRW方法以提取等效介电特性。热分析利用电磁仿真中的功率损耗密度来估算温度梯度。
5:数据分析方法:
数据分析包括从S参数计算等效介电常数和损耗角正切,并使用公式(如公式15)根据功率损耗密度估算温度梯度。
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