电磁场课程设计.docx
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电磁场课程设计.docx
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电磁场课程设计
1.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。
3电磁模型的建立
3.1:
建模(Model)
Project>InsertMaxwell3DDesign
File>Saveas>Dipoleantenna(工程命名为“Dipoleantenna”)
选择求解器类型:
Maxwell>SolutionType>Eddycurrent
设置几何尺寸单位:
Modeler>Units>SelectUnits:
m(meters)
创建线圈
Draw>Torus
中心点:
(0,0,0)
输入线圈的径:
(0.0095,0,0)
输入线圈的外径:
(0.001,0,0)
将材料设置为Copper
重命名为:
coil
创建计算区域Region
Draw>Sphere
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vacuum
创建激励电流加载面(CreateSection)
Selectcoil
Modeler>Surface>Section
SectionPlane:
YZ平面
Modeler>Boolean>SeparateBodies(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”
2.设置激励(AssignExcitation)
选中线圈截面:
current
Maxwell3D>Excitations>Assign>Current
Value:
1.414A
Type:
soild
设置涡流效应和位移电流存在区域
Maxwell>Excitations>SetEddyEffects
设置如下图:
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
Maxwell>Boundaries>Assign>Radiation…
设置表面剖分的近似原则
选中外表面
Maxwell>MeshOperations>Assign>SurfaceApproximation…
Maximumsurfacedeviation:
ignore
Setmaximumnormaldeviation(angle):
15deg
Setaspectratio:
10
Maximumsurfacedeviation:
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
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
Modeler>Surface>CreateObjectFromFace
将该面重命名为Outside
3.设置计算参数(AssignExecutiveParameter)
Maxwell3D>Parameters>Assign>Matrix
4.设置自适应计算参数(CreateAnalysisSetup)
Maxwell3D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup
最大迭代次数:
Maximumnumberofpasses:
5
误差要求:
PercentError:
10%
频率设置:
Solver>AdaptiveFrequency:
1.5GHz
5.Check&Run
3.2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
4.3仿真效果
Ponyting矢量分布图
辐射电阻结果
4.4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》学观郭辉萍电子科技大学
2.《电磁场与电磁波》东林高等教育
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- 电磁场 课程设计