电磁场课程设计

11.课程设计的目的与作用1.1设计目的：电磁场与电磁波课程理论抽象、数学计算繁杂，将Maxwell软件引入教学中，通过对典型电磁产品的仿真设计，并模拟电磁场的特性，将理论与实践有效结合，强化学生对电磁场与电磁波的理解和应用，提高教学质量。1.2设计作用：通过电磁场与电磁波课程设计，让同学了解求解电磁场常用的工具和解题技巧。和熟悉电磁场领域常用软件ANSOFT建模过程，熟练掌握MAXWELL方程的建立，通过对典型电磁产品的仿真设计，并模拟电磁场的特性，将理论与实践有效结合。2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍2.1设计任务：总体要求：熟练使用AnsoftMaxwell仿真软件，对电场、磁场进行分析，了解所做题目的原理。利用AnsoftMaxwell软件仿真简单的电场及磁场分布，画出电场矢量E线图、磁感应强度B线图，并对仿真结果进行分析、总结。2.2Maxwell软件环境：AnsoftMaxwell软件特点：AnsoftMaxwell是低频电磁场有限元仿真软件，在工程电磁领域有广泛的应用。它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转变为庞大的矩阵求解，使用领域遍及电器、机械、石油化工、汽车、冶金、水利水电、航空航天、船舶、电子、核工业、等众多行业，为各领域的科学研究和工程应用作出了巨大的贡献。23电磁模型的建立3.1：建模（Model）ProjectInsertMaxwell3DDesignFileSaveasDipoleantenna（工程命名为“Dipoleantenna”）选择求解器类型：MaxwellSolutionTypeEddycurrent设置几何尺寸单位：ModelerUnitsSelectUnits:m(meters)创建线圈DrawTorus中心点：（0,0,0）输入线圈的内径：（0.0095,0,0）输入线圈的外径：（0.001,0,0）3将材料设置为Copper重命名为：coil创建计算区域RegionDrawSphere中心点：（0,0,0）输入球形计算区域的半径：（0.06,0,0）材料设为vacuum4创建激励电流加载面（CreateSection）SelectcoilModelerSurfaceSectionSectionPlane:YZ平面ModelerBooleanSeparateBodies（分离两Section面）Del删除1个截面将剩下的1个截面重命名为“current”52.设置激励（AssignExcitation）选中线圈截面：currentMaxwell3DExcitationsAssignCurrentValue:1.414AType:soild设置涡流效应和位移电流存在区域MaxwellExcitationsSetEddyEffects设置如下图：6设置辐射边界RadiationBoundary关于辐射边界的一些基本知识：1．辐射边界在仿真电磁场开域问题时使用，辐射边界可完全吸收该边界所包围区域内向外辐射的电磁波，不会造成电磁波的反射。2．辐射边界只在涡流求解器中使用。3．辐射边界必须与位移电流（Displacementcurrent）设置同时使用。4．辐射边界一般都设为球形（也可以是其他形状），辐射边界到辐射源的距离一般大于电磁波波长的1/4。5.在天线的辐射问题中，一般习惯将研究目标或区域的尺寸表示为电磁(f波)波长（l，lambda）的函数。将region的半径表示为l的函数选中Region下的Createsphere,将半径radius改为：lambda/4+0.01(m)添加变量lambda的定义为：c0/frequ(这里c0表示真空中的光速)添加变量frequ的定义为：1.5GHz按f键，改为面选择选中Region的外表面MaxwellBoundariesAssignRadiation…设置表面剖分的近似原则选中外表面7MaxwellMeshOperationsAssignSurfaceApproximation…Maximumsurfacedeviation：ignoreSetmaximumnormaldeviation(angle)：15degSetaspectratio：10Maximumsurfacedeviation:表面偏差距离：模型的剖分三角平面与真实表面之间的距离若模型真实表面是平面，则表面偏差距离为0。Maximumnormaldeviation:模型的剖分三角平面与真实表面的法向分量之间的夹角。Aspectratio剖分三角单元的Aspectratio是指三角单元的外接圆半径与三角形内径的比值。若该参数为1，表示三角单元为等边三角形。对于平面剖分，Aspectratio的设置下限为4。对于曲面剖分，Aspectratio的设置下限为1.2。创建计算区域的外表面选中Region区域的外表面ModelerSurfaceCreateObjectFromFace将该面重命名为Outside3.设置计算参数（AssignExecutiveParameter）Maxwell3DParametersAssignMatrix4.设置自适应计算参数（CreateAnalysisSetup）Maxwell3DAnalysisSetupAddSolutionSetup最大迭代次数：Maximumnumberofpasses：5误差要求：PercentError:10%频率设置：SolverAdaptiveFrequency:1.5GHz85.Check&Run93.2构建实际模型模型效果图4电磁模型计算及仿真结果后处理分析4.1Ponyting矢量计算表达式4.2辐射电阻表达式104.3仿真效果Ponyting矢量分布图辐射电阻结果114.4曲线分析结果5设计总结和体会刚开始接触Ansoft时，感觉很困难，但是经过一段时间的学习以后，感觉这个软件用起来还是挺方便的。这也使我对于有限元法和Ansoft有了一定的了解，对于利用仿真的方法形象的模拟静电场有了一定的体会。这次的静电场仿真作业让我对静电场有了更加深入的了解，同时对解析法有了更加深刻的体会。基本掌握了Maxwell的基本操作，对利用计算机工具求解电磁场问题有了更加深刻的认识。6参考文献：1.《微波技术与天线》刘学观郭辉萍西安电子科技大学出版社2.《电磁场与电磁波》苏东林高等教育出版社