镜像法仿真-11291028

电气1101
11291028
2013年6月16日
电磁场Ansoft 14
求解静电场的方法——镜像法原理仿真
指导教师：张秀敏
摘要：镜法法的实质是把实际上分片均匀媒质看成是均匀的，并在所研究的场域边界外的适当地点用虚设的较简单的电荷分布来代替实际边界上复杂的电荷分布(即导体表面的感应电荷或介质分界面的极化电荷)。

根据唯一性定理，只要虚设的电荷分布与边界内的实际电荷一起所产生的电场能满足给定的边界条件，这个结果就是正确的。

这次仿真通过maxwell来进行仿真镜像法中导线与导线之间的电场分布，并求得导线与导线之间的电容以验证ansoft的强大功能。

关键字: ansoft 电磁场镜像法边界条件电场分布
仿真过程【一】
模拟导线与导线之间的电场分布，并求得电容。

打开maxwell软件，选择Maxwell 2D绘图，开始此次仿真。

建立二维模型，进入Maxwell 2D下方的Solution Type ，设置成电场分布模式绘制出下图所示的图形。

上方振子所加激励源为1V，下方的镜像振子所加激励源为-1V。

最大的矩形提供显示电场分布的区域，其边界条件设立为
，其添加的材料默认为真空。

对两个振子添加材料为perfect conductor，
然后单击maxwell2D 下拉菜单的mesh opeartions ,接着点击Assign-On selection-Length based ，
默认设置。

接下来，然后单机maxwell2D 下拉菜单的Analysis setup 的Add solution setup,
默认设置。

接着便可以点击Analize All，
然后选中所有的图，右键Fields， E ，MagE,得到图形
则可看到两振子的电场分布图。

计算电容：
选中振子，右键选择Assign Parameters，接着单击Matrix。

进行电容求解设置：
点击Analize All，在Maxwell 2D 下拉菜单选择Results,接着选择Solution Data，便得到电容值：
可得到两振子之间的电容值是C2=-7.355.
仿真过程【二】
模拟导线与地之间的电场分布，并求得电容。

在ansoft maxwell软件中，建立二维模型，进入Maxwell 2D下方的Solution Type ，设置成电场分布模式
运用绘制圆的工具和绘制矩形的工具绘制出下图所示的图形
上方的圆是表示实际振子，下方的矩形代表理想导体，最大的矩形提供显示电场分布的区域。

实际振子所加的激励源为1V，下方的理想导体的电势为0V
实际振子和下方的导体选用的材料是perfect conductor。

对最大的矩形设置边界条件为
然后单机maxwell2D 下拉菜单的mesh opeartions ,接着点击Assign-On selection-Length based ，
单击，得到
使用默认设置。

接着便可以点击Analize All，然后选中所有的图，右键Fields， E ，MagE,得到图形
计算电容：在图形上右键选择Assign Parameters，接着单击Matrix。

选中导线界面和下方的导体
点击Analize All，在Maxwell 2D 下拉菜单选择Results,接着选择Solution Data，得到电容值为-3.5775pF。

通过第二个实验过程得到实际振子和导体之间的电场分布，以及两者之间的电容、同时可以从电场分布中观察到电场线是沿弧线向下并垂直与理想导体表面，符合理论上的场分布。

分析以上两个仿真程序所得到的电容值C2=-3.5775pF,C1=-7.355pF，C2约为C1的一半，从仿真的图形可以看出电场强的部分和电场弱得部分，这表现了电场线的浓密长度，电场线的方向和导体垂直，由此可判断图形的正确性。

使用镜像法得到的电场分布图形相当于，导线与导体之间的电场分布图和其关于导体镜像所得图形的加和，同时考虑到电容值的关系，因此导线和导体之间的电场分析可以借助两个导线之间的电场关系，同样两个导线之间的电场分析也可以借助一个平行板理想导体。

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