#1?課程設(shè)計(jì)的目的與作用1.1設(shè)計(jì)目的電磁場(chǎng)與電磁波課程理論抽象、數(shù)學(xué)計(jì)算繁雜，將Maxwell軟件引入教學(xué)中，通過(guò)對(duì)典型電磁產(chǎn)品的仿真設(shè)計(jì)，并模擬電磁場(chǎng)的特性，將理論與實(shí)踐有效結(jié)合，強(qiáng)化學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)與電磁波的理解和應(yīng)用，提高教學(xué)質(zhì)量1?2設(shè)計(jì)作用電磁場(chǎng)與電磁波主要介紹電磁場(chǎng)與電磁波的發(fā)展歷史、基本理論、基本概念、基本方法以及在現(xiàn)實(shí)生活中的應(yīng)用，內(nèi)容包括電磁場(chǎng)與電磁波理論建立的歷史意義、靜電場(chǎng)與恒流電場(chǎng)、電磁場(chǎng)的邊值問(wèn)題、靜磁場(chǎng)、時(shí)變場(chǎng)和麥克斯韋方程組、準(zhǔn)靜態(tài)場(chǎng)、平面電磁波的傳播、導(dǎo)行電磁波以及諧振器原理等。全書(shū)沿著電磁場(chǎng)與電磁波理論和實(shí)踐發(fā)展的歷史脈絡(luò)，將歷史發(fā)展的趣味性與理論敘述和推導(dǎo)有機(jī)結(jié)合，同時(shí)介紹了電磁場(chǎng)與電磁波在日常生活、經(jīng)濟(jì)社會(huì)以及科學(xué)研究中的廣泛應(yīng)用。書(shū)中的大量例題強(qiáng)調(diào)了基本概念并說(shuō)明分析和解決典型問(wèn)題的方法；每章末的思考題用于測(cè)驗(yàn)學(xué)生對(duì)本章內(nèi)容的記憶和理解程度；每章的習(xí)題可增強(qiáng)學(xué)生對(duì)于公式中不同物理量的相互關(guān)系的理解，同時(shí)也可培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用公式分析和解決問(wèn)題的能力。2設(shè)計(jì)任務(wù)及所用Maxwell軟件環(huán)境介紹2.1設(shè)計(jì)任務(wù)平行雙線的電場(chǎng)仿真如圖1所示，兩長(zhǎng)直導(dǎo)線相距400mm,導(dǎo)線半徑20mm，其材料（material）是鐵（iron），場(chǎng)域中介質(zhì)是空氣（air）（￡=1.006，丫二0）。其中：一導(dǎo)線電勢(shì)為5000V，另一支導(dǎo)線電勢(shì)為0；求：計(jì)算平行雙線周圍的電場(chǎng)分布，并計(jì)算單位長(zhǎng)電容。2.2Maxwell軟件環(huán)境：AnsoftMaxwell是低頻電磁場(chǎng)有限元仿真軟件，在工程電磁領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用。它基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場(chǎng)計(jì)算轉(zhuǎn)變?yōu)辇嫶蟮木仃嚽蠼?，使用領(lǐng)域遍及電器、機(jī)械、石油化工、汽車、冶金、水利水電、航空航天、船舶、電子、核工業(yè)、兵器等眾多行業(yè)，為各領(lǐng)域的科學(xué)研究和工程應(yīng)用作出了巨大的貢獻(xiàn).3電磁模型的建立3.1建模Project>InsertMaxwell2DDesignFile>Saveas>liuhui（工程命名為“l(fā)iuhui”）

圖2選擇求解器類型：Maxwell>SolutionType〉Electric>ElectrostaticSolutionType:Prqject2-Maxwell2DDesignlGeometryMode:|Cartesian,Xy1Magnetic:rMagnetostaticrEddyCurrentrTransientElectric:席:Electrostatic■.:rACConductionrDCConduction冰|CancelI創(chuàng)建左導(dǎo)線Draw>Circle左導(dǎo)線起點(diǎn)：(X,Y,Z)=(0,0,0)坐標(biāo)偏置：(dX,dY,dY)=(20,20,0)圖4AssignMaterial>鐵(iron)圖5創(chuàng)建右導(dǎo)線Draw>Circle右導(dǎo)線起點(diǎn)：(X,Y)=(400,0,0)坐標(biāo)偏置：(dX,dY,dZ)=(20,20,0)圖6AssignMaterial>鐵(iron)圖7創(chuàng)建場(chǎng)域中介質(zhì)Draw>Rectangle場(chǎng)域起點(diǎn)：(X,Y,Z)=(400,100,0)坐標(biāo)偏置：(dX,dY,dZ)=(-400,-100,0)圖8AssignMaterial>空氣（air）（s二1.006，丫=0）。圖93.2.設(shè)置激勵(lì)選中左導(dǎo)線Maxwell2D>Excitations>Assign>Voltage>5000VVoltageExcitationName:|Voltage1ParametersUseDefaults圖10選中右導(dǎo)MaxwellOK2D>Excitations~>Assgn>Voltage>0VCancelVoltageExcitationUseDefaultsOKCancel圖114電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果后處理分析4.1電磁模型計(jì)算設(shè)導(dǎo)線表面單位長(zhǎng)度帶電+入,-入兩線間任意點(diǎn)p的場(chǎng)強(qiáng):九2兀g（d一x）000單位長(zhǎng)度電容：C==q九1d=冗'd=4.1838pFUAln（d）ln（d）兀gaa04?2軟件仿真4.2.1參數(shù)設(shè)置設(shè)置計(jì)算參數(shù)：Maxwell2D>ParametersMaxwell2D>ParametersVoltage2

Voltage2圖圖12S3設(shè)置自適應(yīng)計(jì)算參數(shù):S3Maxwell2D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup最大迭代次數(shù)：Maximumnumberofpasses>10誤差要求：PercentError>1%每次迭代加密剖分單元比例：RefinementperPass>30%SolveSetup|Setup3General|Convergence|Advanced|Defaults||Setup3Name:AdaptiueSetupMaximumNumberofFasseFercentErroiSolveFieldsOiSolveMatrin^AfterlaztpOnlyconverg圖13UseDefault確定取消|丨PropertiesName4.2.ValuENameNateri：alSolveI...Oi'ienta...ModelDisplay...*IjEI卜AttributjLCommmd丨[+]^jji]czb[+]^jji]czbcj：/)czb-Maxwell2DDesigrd-Setup2:SolvingforElectrostaticadaptivepass3onLocalMachine-RUNNINGSendingsolutionfile:/mesh」st圖154.3軟件仿真結(jié)果4?3?1Voltage,E,D及Energy的分布檢查完畢后，Maxwell2D>Fields>Fields,分別選擇Voltage,E,D，還有Other>Energy.VoltageEV]0000B+0036875E+0033750E+0030625E+0037500b+9034375e+00312506+0038125e+003■5000B+0031875E+003S750e+0035625e+00325006+00337506+0022-500B+0021250E+0020000B+000D[C/mrt2]2.85486-0072.6765e-0072.4982e-0072.3199e-0072.1416e-0071.9633e-0071.78506-0071.6067e-0071.斗28斗總一0071.25016-0071.071Se-0078.9352e-0087.1523e-0085.3693e-0083.5863e-0081.8033e-0082.0368e-010Energy4.6035e-0034.3158e-0034.0280e-0033.7403e-0033.4526e-0033.1649e-0032.8772e-0032.5895e-0032.3017e-0032.01406-0031.7263e-0031.4386e-0031.1509e-0038.6316e-0045.7545e-0042.8773e-0041.6186e-0S822236+03461818+00441676+00421.53e+00401396+00440986+00420846+0040070b+00405576+00304186+00300006+000S209e+0348195b+00402796+00301398+00381256+004eniB+eWE[V/m]圖164.3.1雙導(dǎo)線中心連線的電場(chǎng)分布繪制雙導(dǎo)線中心連線，Draw>Line,以左邊導(dǎo)線的中心為起點(diǎn)，右邊導(dǎo)線中心為中點(diǎn)繪制中心連線。Maxwell2D>ResuIts>CreateFieldsReport>RectangularPlot,Geometry>Polyine1,再分別選擇Voltage,E,D,Energy。

AnsoftLLC500000XYPlot2AnsoftLLC500000XYPlot2Maxwell2DDesign1圖18由上面電壓變化曲線圖可知：從左邊導(dǎo)線中心到28mm時(shí)候，電壓保持在5000V,沒(méi)有發(fā)生改變；從372mm處到400mm之間，電壓保持在0V不變;而在28mm到372mm之間，電壓隨距離的變化呈線性遞減。AnsoftLLCXYPlot3Maxwell2DDesign1AnsoftLLCXYPlot3Maxwell2DDesign1圖19AnsoflLLCXYPlot4AnsoflLLCXYPlot4Maxwell2DDesign1圖20AnsonLLUXYPlot5MaxwellZDUesign1圖21圖19,圖20,圖21分別為場(chǎng)強(qiáng)，電位移密度，能量變化圖。有以上圖可以明顯的看出：在從左邊導(dǎo)線中心到28mm之間，以上三值均為0；從372mm處到400mm之間，以上三值也均為0;而從28mm到372mm之間，三條曲線均保持同一個(gè)變化規(guī)律：先遞減，中間有一段平衡距離，隨后遞增。4.3.3計(jì)算單位長(zhǎng)電容Maxwell2D>Fields>Calcalator,Input>Quantity>Energy,Geoemtry>AllOblects,Scalar的積分號(hào)，Output>Eval.FieldsCalculatorNamedExpressionsVoltageSmooth(VOLTAGE)MagLEMag(Smooth(<E)]MagLDMag(Smooth(<D乩DyNamedExpressionsVoltageSmooth(VOLTAGE)MagLEMag(Smooth(<E)]MagLDMag(Smooth(<D乩Dy』》]]E_VectorSmooth(<E^Ey/0>)D_VectorSmooth(<Dx/D^0>)NameExpressionLibrary:CopvtostackSaveTo...匚le引All|Scl:0S2E-OO5Scl:IntegratelVolumefAIIObiects),energy)PushIPopInputRIUpIGeneralRIDnScalarExchVectorClearUndoOutputQuantity由圖可知，能|+Vec?+Seal?±-1/xMatl...PushIPopInputRIUpIGeneralRIDnScalarExchVectorClearUndoOutputQuantity由圖可知，能|+Vec?+Seal?±-1/xMatl...KPow=2】Mag/廠DotNegJ，t圖22CrossAbsd/d?+Divg:為0.00008174再由公式CW/V*Vi計(jì)算出1體Complex+Min+Tangent會(huì)omainMax+NormalVUnitVec+Constant+Number...Function...GeomSettingg...LnGeometry...電容值C=3.2pF.書(shū)本上通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，使我對(duì)電磁場(chǎng)電磁波這門(mén)課又重新的認(rèn)識(shí),其并不僅僅書(shū)本上的死知識(shí)，而是與生活緊密相連，就好比一個(gè)簡(jiǎn)單地平行直導(dǎo)線，電壓，電位移分布并不僅僅是看上去那么簡(jiǎn)單。經(jīng)過(guò)這次課程設(shè)計(jì)后，使我懂得：理論與實(shí)際相結(jié)合的重要性,只有這樣，才能使得我們更好的掌握和運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)，從而提高學(xué)習(xí)興趣。6參考文獻(xiàn)：[1]蘇東林，陳愛(ài)新，謝樹(shù)果?電磁場(chǎng)與電磁波?北京：高等教育出版社，2009

[2]謝處方，饒克謹(jǐn)?電磁場(chǎng)與電磁波[M].4版?北京：高等教育出版社，2006TOC\o"1-5"\h\z1.課程設(shè)計(jì)的目的與作用11.1設(shè)計(jì)目的11.2設(shè)計(jì)作用12設(shè)計(jì)任務(wù)及所用Maxwell軟件環(huán)境介紹12.1設(shè)計(jì)任務(wù)12.2Maxwell軟件環(huán)境：23電磁模型的建立24電磁模型計(jì)算及仿真結(jié)果后處理分析85設(shè)計(jì)總結(jié)和體會(huì)146參考文獻(xiàn),.4

課程設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)院信息科學(xué)與工程專業(yè)電子信息工程學(xué)生姓名劉輝班級(jí)學(xué)號(hào)1103030215課程設(shè)計(jì)題目電磁場(chǎng)與電磁波仿真設(shè)計(jì)平行雙線的電場(chǎng)仿真一導(dǎo)線電勢(shì)為5000V，另一支導(dǎo)線電勢(shì)為0。實(shí)踐教學(xué)要求與任務(wù)：1）利用電磁場(chǎng)仿真軟件maxwell完成典型電磁產(chǎn)品仿真設(shè)計(jì)；2）完成幾何建模、材料選擇、邊界條件設(shè)置、加載激勵(lì)及場(chǎng)的求解等3）在maxwell環(huán)境下進(jìn)彳丁仿真設(shè)計(jì)，并給