可调向电磁场的设计.
电磁场与电磁波实验指导书
《电磁场与电磁波》实验指导说明书一*同轴测量线西华师范大学计算机学院目录第一部分产品说明 (3)一、系统简介 (2)二、系统特点 (2)三、系统组成 (2)四、性能指标 (3)五、系统主要部件参数 (3)第二部分实验内容 (6)实验一电磁波的频率和功率测试 (6)实验二电磁波感应器的设计与制作 (9)实验三位移电流的测试及计算 (12)实验四天线方向图的测试--功率测试法 (15)实验五电磁波波节、波幅及波长的测试 (20)实验六电磁波的极化实验 (24)实验七电磁波的PIN调制特性 (27)实验八天线方向图的测试一电压测试法 (30)实验九同轴测量线的驻波测试 (34)实验十反射系数及驻波相位的测试 (37)第三部分射频连接器示意图 (40)第一部分产品说明一、系统简介电磁场电磁波及天线技术是通信工程、电子工程、电磁场与电磁波、微波技术、天线技术类专业必不可少的一门实验课程，本系统包含功率测试、频率测试、方波信号产生，电磁波产生器、功率放大器、选频放大器等，具有电磁波极化特性测试，天线方向图测试、静电场中位移电流测试等多种功能，加深学生对电磁波产生（调制卜发射、传输和接收（检波）过程及终端设备相关特性的认识，培养学生对电磁场电磁波及天线的理解、应用创新能力。
二、系统特点1实验系统面向《电磁场与电磁波》的课程建设，紧密配合教学大纲，通过直观生动的实验现象及操作，完成对电磁场与电磁波相关特性的测试。
2、系统内置1kHz方波可调信号源、选频放大器，在完成对电磁波PIN调制功能的同时，可用于对天线方向图的测试，而无需选配其他实验装置。
3、本装置电磁波发射可选大功率或小功率2路输出，方便做不同实验时的自由切换，输出端口均为标准的N型接头。
4、采用数字显示方式，在提高准确性的基础上，更能方便感应器在任何位置归零，直接读取数值。
5、实验系统自带频率计及功率计，用于对发射电磁波频率、功率的测试及校准。
6、完成电磁波的极化特性测试、场电流的测试及终端天线增益的测试。
可调控磁场发生器的研制
可 调 控 磁 场 发 生 器 的 研 制
王智会 ， 孔令仪 ， 孙泽浩 ， 孙
（ １ ． 南京 邮电大学 ， 江苏 南京
祥 ， 陈 龙 ， 王秦君 ， 束华中 ， 李永涛
２ １ ５ ０ ２ １ ）
２ １ ０ ０ ２ ３ ； ２ ． 盛科 网络苏州有 限公司 ， 江苏 苏州
基金项 目： 南京邮电大学 自制实验仪器项 目（ ２ ０ １ ５ Ｘ Ｚ Ｚ ０ ７ ） ； 南京 邮电大学教改项 目（ Ｊ Ｇ ０ ０ ７ １ ５ Ｊ Ｘ３ ２ ， Ｊ Ｇ ０ ０ ７ １ ６ Ｊ Ｘ ３ ０ ） ； 大学 生创新创业 训 练计划 支持
通 讯 联 系 人
可调控磁 场发生器的研制
设计 电路 图如 图 １ 所示 。
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图１ １ ５Ｖ 电源 模 块 设 计 电 路 图
由于开关 电源具有转换率较高的性 质， 且能 减少 能量 损耗 ， 因此在 我们设 计过 程 中 ， 采 用 了开 关 电源 的 降压 方 式 。利 用 ＭＣ ３ ４ ０ ６ ３这 款 Ｄ Ｃ — Ｄ Ｃ
１ Ａ。故控 制 Ｖ ｒ ｅ ｆ 端输 人 电压就 可 以控制 电流 ， 达
到恒 流 的 目的 Ｊ 。
流源 所 需 的 电能 。考 虑 到需 要 提 供 大 电 流 的 情 况， 所 以采用 外接 的方 式 将 提 供 恒 流 源 的 电源 与 整个 系统 的工 作 电源分 开 。这样 电源可 以单 独提
第一 级采 用 变压器将 ２ ２ ０ Ｖ交流转 化为 双 １ ８
Ｖ交流 ， 通过 整 流和滤 波转 化为 ＋ １ ８ Ｖ和一 １ ８ Ｖ左 右 的直 流 。下 一级 采用 ７ ８ １ ５和 ７ ９ １ ５线 性 稳压 芯
可调向电磁场的设计
毕业设计说明书作者：学号：学院：信息工程学院系(专业)：通信工程题目：可调向电磁场的设计指导者：评阅者：2014 年 6月 7日毕业设计（论文）中文摘要毕业设计（论文）外文摘要目录1 绪论............................................................. - 1 -1.1 课题研究的背景................................................. - 1 -1.2课题研究目的及意义.............................................. -2 -1.3论文主要工作.................................................... - 2 -2 电磁理论基础..................................................... - 2 -2.1 麦克斯韦方程组................................................. - 2 -2.2 毕奥-萨伐尔定律................................................ - 4 -2.3 亥姆霍兹线圈原理............................................... - 7 -3 电磁场仿真...................................................... - 10 -3.1单个通电螺线管空间点的磁场..................................... - 10 -3.2定向磁场的设计................................................. - 12 -3.2.1螺线管轴向磁场分布........................................... - 12 -3.2.2 螺线管径向磁场分布.......................................... - 16 -4 有限元法的相关原理.............................................. - 21 -4.1有限元法的概念................................................. - 21 -4.2 单匝线圈电磁场仿真............................................. - 22 -结论............................................................. - 26 -参考文献........................................................ - 27 -致谢............................................................. - 28 -附录.............................................................. - 29 -1 绪论钢纤维是近年来各国广泛采用的一种砼结构增强材料。
永磁装置中磁场力的计算_OK_可调磁场装置
永磁装置中磁场力的计算_OK_可调磁场装置对永磁行业又比较陌生，而永磁磁路设计人员大多又不熟悉数值计算，故涉及永磁装置磁场力计算的以永磁材料为核心的永磁装置或用来产生磁较少。
经常有客户或相关行业的人员迫切需要场，或用来提供力学服务，所以磁场力的计算是永这方面的知识，许多磁性材料网站论坛上也经常涉磁装置设计和使用中的一项重要内容。
尤其是在磁及这方面的问题，故笔者根据自己的一些经验及了选、吸合工具等行业常常要进行以永磁材料为磁场解掌握的一些情况，对这方面内容作一较洋细的介源的磁场力的计算，而这方面的相关资料较少。
这绍。
主要是由于实用化的永磁材料尤其是第三代永磁材料钕铁硼出现相对较晚，基于传统电磁理论的磁２磁场力的公式算法场力计算主要针对的是电磁力，即电磁铁磁场力的２．１磁场力计算公式的推导计算。
同时用传统电磁理论进行磁场力计算时，如我们知道，载流导体和导磁材料在磁场中会受要保证精度则计算相当复杂或根本无法计算，如使到力的作用，我们把这种力的作用称为磁场力。
经用简化公式计算精度又不高。
实用价值有限；新发典电磁理论认为，导磁材料在磁场中所受的力可归展起来的数值算法精度高，但掌握数值分析的人员结为分子电流所受的力。
导磁材料在磁场中被磁化后，内部存在磁化电收稿日期：２００６－０７．１０修回日期：２００７－０３，３１流，材料表面存在表面磁化电流，其磁化电流体密作者通信：Ｅ－ｍａｉｌ：ｗｙ＠ｋｉｎｇｎａａｇｎｅｔ．ｅｎ罐性材料反器件２０ｅｒ年ｌｏ月万方数据度和表面磁化电流面密度分别为最、最：尻＝Ｖ×肘（１）最＝一坩×矗，（２）式中Ｍ为介质磁化强度，Ｈ为表面法向矢量。
则磁场对导磁材料的作用力为：，＝舭ｘ口ｄ矿＋甜最×Ｂｄｓ：＝埘（Ｖ×＾ｆ）×ＢｄＶ＋酒（一ｘＭ）×Ｂｄｓ（３）式中Ｂ为磁感应强度。
对于各向同性介质有：，＝『Ｊ』（Ｖｘ椰×Ｂｄｖ（４）又Ｍ２专云｝抚胁为真空磁导率，“为磁介质相对磁导率，经矢量运算可得扛特妒２ｄｖ（５）由矢量梯度积分公式ｊ巾础＝』ｐ－出可得－肚钴俨２出（６）该式即为磁场力计算公式。
使用可调梯度的电介质超材料透镜控制电磁波
使用可调梯度的电介质超材料透镜控制电磁波Xian Qi Lin, Tie Jun Cui,a)Jessie Yao Chin, Xin Mi Yang, Qiang Cheng, and Ruopeng LiuState Key Laboratory of Millimeter Waves, Department of Radio Engineering, Southeast University, Nanjing 210096, People’s Republic of China（Received 14 January 2008; accepted 19 February 2008; published online 1 April 2008）我们提出了一种由一根细金属棒的拧在电介质块中所构成的超材料微粒。
通过调整电介质块里金属棒的高度，我们可以调整由这种微粒所构成的周期性结构的有效介质参数。
这里提供了一个提取有效介质参数的实验方法，这种方法的所得到的结果和仿真结果高度一致。
使用这种拥有独有特性的可调微粒，很容易的就可以设计出能使入射平面波转向和聚焦的梯度超材料透镜。
© 2008 美国物理协会. DOI: 10.1063/1.2896308人工结构材料，也可以叫做超材料，因为其量身定制的电磁响应，很大程度的拓展了自然材料参数的范围1-4。
梯度折射率材料能控制电磁波已经被证实。
在第五篇5参考文献中，使用拥有不同梯度几何参数的不同谐振环（SRRs）构造的平板，能够使入射波的传播方向转向。
后来SRR结构的超材料被用来制造能够减少隐藏物体的散射圆柱形斗篷6。
为了获得可调性的超材料，一般使用单位晶格varactor-loaded谐振器7。
但是，所得到的结果通常是损耗很大，而且在控制电磁波传播的结构上都非常的复杂。
最近，高介电常数的电介质块谐振器被报道说可能实现双负响应，并且有着更低的损耗，而且能够在太赫兹频段9实现。
可调频旋转磁场仪的装置设计与磁场测量
可调频旋转磁场仪的装置设计与磁场测量
陈泉有;黄育红;麦晨晨;刘志存;高天
【期刊名称】《大学物理实验》
【年(卷),期】2024(37)1
【摘要】在教学演示仪器中利用三相交流电产生旋转磁场的传统方法存在仪器损
耗大、安全隐患多、成本昂贵等问题。
本论文设计了一种可调频旋转磁场的产生装置,在四个辐射状横放的带铁芯螺线管中通入低压直流电,通过PLC板编程对电流进行换向,同时改变换向时间可使置入装置中心的小磁针的偏转周期发生变化,从而达
到可调频的效果。
螺线管中通入单相恒定直流电时,小磁针不发生偏转;通入双相矩
形脉冲电流时,小磁针以45°角步进旋转。
磁场方向的转速取决于电流的换向频率。
该装置不仅规避了传统方法的不足,且同时兼具定性演示和定量测量双重功能,可作
为一款性能优异的实验教学仪器。
【总页数】6页(P63-68)
【作者】陈泉有;黄育红;麦晨晨;刘志存;高天
【作者单位】陕西师范大学物理学与信息技术学院;陕西师范大学基础实验教学中
心
【正文语种】中文
【中图分类】O441.4
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毕业设计说明书作者：学号：学院：信息工程学院系(专业)：通信工程题目：可调向电磁场的设计指导者：评阅者：2014 年 6月 7日毕业设计（论文）中文摘要毕业设计（论文）外文摘要目录1 绪论............................................................. - 1 -1.1 课题研究的背景................................................. - 1 -1.2课题研究目的及意义.............................................. -2 -1.3论文主要工作.................................................... - 2 -2 电磁理论基础..................................................... - 2 -2.1 麦克斯韦方程组................................................. - 2 -2.2 毕奥-萨伐尔定律................................................ - 4 -2.3 亥姆霍兹线圈原理............................................... - 7 -3 电磁场仿真...................................................... - 10 -3.1单个通电螺线管空间点的磁场..................................... - 10 -3.2定向磁场的设计................................................. - 12 -3.2.1螺线管轴向磁场分布........................................... - 12 -3.2.2 螺线管径向磁场分布.......................................... - 16 -4 有限元法的相关原理.............................................. - 21 -4.1有限元法的概念................................................. - 21 -4.2 单匝线圈电磁场仿真............................................. - 22 -结论............................................................. - 26 -参考文献........................................................ - 27 -致谢............................................................. - 28 -附录.............................................................. - 29 -1 绪论钢纤维是近年来各国广泛采用的一种砼结构增强材料。
它对于提高混凝土的增强、增韧和阻裂性能具有极大的帮助，从而可以延长构件的使用寿命。
这使得钢纤维增强型混凝土广泛用于公路路面、机场道面、铁路轨枕以及喷射混凝土隧洞等结构中。
钢纤维掺入高强混凝土可改善其延展性和韧性，有利于军事防护，如船的底板掺入钢纤维的薄壳结构，可增强抗货件抛放的冲击能力，掺入预应力混凝土构件，可改善滞回特性以及抗剪能力等[4]。
通过对电磁效应探讨使一般混凝土结构中乱向分布的钢纤维，根据受力需要定向排列的可行性，以更大程度的发挥这一结构材料的优势。
磁场的发生装置选择用易于制作的螺线管电磁铁，而可调向电磁场的设计是以亥姆霍兹线圈为基础的。
亥姆霍兹线圈是由一对完全相同彼此平行且共轴的载流圆线圈组成，两个线圈间距等于线圈半径，当通以方向和大小均相同的电流时，两个载流线圈的总磁场在轴的中点附近的较大范围内是均匀的。
通过改变线圈的相关参数实现电磁场的可调向。
1.1 课题研究的背景钢纤维混凝土是在普通混凝土中掺入乱向分布的钢纤维所形成的一种新型的多相复合材料。
这些乱向分布的钢纤维不仅能够有效地阻碍混凝土内部裂缝的扩展及宏观裂缝的形成，而且可以改善混凝土的抗拉、抗弯、延性、抗冲击及抗疲劳性能，然而由于钢纤维是乱向型分布，对于承受温度、收缩应力和改善构件面层耐磨性及抗冲击性能有一定的益处；然而对于承受荷载作用方面，却存在相当大的随机性，甚至由于其方向的任意性，使一部分对后者几乎不起作用或其作用部分抵消，造成了材料的浪费。
理论研究表明，定向型钢纤维在增强型砼材料中的作用远远大于乱向分布的钢纤维。
考虑到电子学科中可以利用电磁效应使其按照需要的方向设置，可使钢纤维沿拉力方向有序排列从而产生定向。
1.2课题研究目的及意义在地球的天然磁场作用下，磁针会发生定向运动，同时如果在一块下置磁铁的玻璃板上撒上铁粉，振动玻璃板，铁粉将沿磁力线有序排列，所以可以设想在一受拉砼构件制作时，将其置于地球天然磁场中，其内的钢纤维在振捣中, 若能克服拌合料粘滞阻力作用，必然有沿磁力线方向排列的趋势。
根据这一物理现象，可以设计一种外加电磁场，使其方向能够根据需要进行调整。
从而使定向型钢纤维增强砼具有更加良好的力学性能，使材料大大的节省，这种结构使得钢纤维增强混凝土获得普遍的应用。
1.3论文主要工作（1）回顾所学的电磁场基础知识，主要包括麦克斯韦方程组，毕奥-萨伐尔定律，亥姆霍兹线圈的性质。
（2）以毕奥-萨伐尔定律为基础，推导圆线圈电流空间磁场分布的数学表达式，同时验证亥姆霍兹线圈的性质。
（3）推导通电螺线管空间磁场分布的数学表达式，然后根据混凝土中钢纤维的力学要求，通过多个螺管电磁铁空间磁场的叠加，设计适用于钢纤维电磁定向的磁场，从而获得所需钢纤维的方向。
2 电磁理论基础2.1 麦克斯韦方程组麦克斯韦方程组是英国物理学家詹姆斯·麦克斯韦总结的描述电磁场普遍规律的方程组，它是分析任何电磁场以及电磁波不可或缺的理论基石。
麦克斯韦方程组有两种形式：积分形式和微分形式。
积分形式的麦克斯韦方程组是从宏观的角度描述电磁场的场量和场源之间的整体对应关系；而微分形式的麦克斯韦方程组是从微观的角度描述场域内每个点场量与场源之间的特性方程。
麦克斯韦方程组由四个方程组成，简要介绍如下：①高斯定律：0s D ds q ⋅=∑⎰ （2.1.1） 0D ρ∇⋅= （2.1.2） 式2.1.1为高斯定律的积分形式，式2.1.2为高斯定律的微分形式。
高斯定律描述的是电场与空间电荷分布的关系，适用于任意介质，积分形式的表述为通过任意闭合曲面s 的电位移的通量等于闭合面内包围的所有自由电荷的代数和。
由微分式2.1.2可见，任一点的电位移D 的散度等于该点的自由电荷体密度。
表 明电场的通量源是电荷。
②法拉第电磁感应定律： L B ds t E dl ∂⋅∂⋅=-⎰⎰ （2.1.3） B E t ∂∇⨯=-∂ （2.1.4） 式2.1.3为法拉第电磁感应定律的积分形式，式2.1.4为其微分形式。
式2.1.3、2.1.4表明，导体回路的感应电动势的产生和通过导体回路的磁通量的变化有关。
磁通量随时间变化快，感应电动势就大；磁通量随时间变化慢，感应电动势就小。
而感应电动势的方向总是试图阻止磁通量的变化。
那么，对应电场的环路源是变化的磁场，若电磁场是静态的，场源不随时间变化，则电场为守恒场，不构成涡旋状。
③磁通连续性定理：0s B ds ⋅=⎰ （2.1.5） 0B ∇⋅= （2.1.6） 式2.1.5为磁通连续性定理的积分形式，式2.1.6为磁通连续性定理的微分形式。
磁通连续性定理表明穿进和穿出空间中任意封闭曲面s 的磁通量是相等的，即磁通量是连续的。
也即任一点的磁感应强度B 的散度为0。
由此可见，产生磁场的通量源是不存在的，这正好与自然界没有孤立的磁荷是一致的。
④安培环路定律：0s l D t H dl I ds ∂∂⋅=+⋅⎰∑⎰ （2.1.7） 0DH J t ∂∇⨯=+∂ （2.1.8）安培环路定律的含义是磁场的磁场强度沿任何一闭合路径的线积分等于穿过该积分路径所围成的区域的电流的总和。
电流由传导电流和位移电流共同组成的，两种电流按相同的规律激发磁场。
但位移电流是由电场的变化产生的，而不是电荷的运动。
位移电流是由麦克斯韦提出，而由赫兹通过实验验证的。
2.2 毕奥-萨伐尔定律 在静磁学中，毕奥-萨伐尔定律用于计算空间区域的磁场分布。
根据电流元的不同特点，毕奥-萨伐尔定律有三种表达形式，分别表征不同分布电流产生的磁感应强度，如下：线电流元'Idl ：''''002344R l l Idl e Idl R B R R μμππ=⨯⨯=⎰⎰ （2.2.1）体电流元'JdV ： ''0023''44R V V J e J R B dV dV R R μμππ⨯⨯==⎰⎰ （2.2.2）面电流元'KdS ： ''0023''44R S S K e K R B dS dS R R μμππ⨯⨯==⎰⎰ （2.2.3）式中0μ为真空磁导率，'l 为线电流流长度，'V 为体电流源的源区体积，'S 为面流源区面积。
R 为电流元与场点之间的距离矢量。
通过式2.2.1、式2.2.2和式2.2.3可以看出，磁场的方向取决于电流元的方向和电流元到场点之间的距离方向的叉乘积。
即B R l e e e =⨯ （2.2.4）其中，B e 是磁场的方向，l e 是场源电流元的方向，R e 表示电流元到场点之间的距离的方向。
针对不同的电流元特点，可以选择式2.2.1、式2.2.2和式2.2.3进行计算，求得空间磁场的分布。
然后根据磁场的叠加原理，将每一个电流元产生的磁场进行矢量叠加，就可以得到空间磁场的分布。
以毕奥-萨伐尔定律为基础，通过磁场的叠加原理可得到电流环产生的磁场，分析如下：图2.2.1 电流环如图所示，电流环平面在yoz 平面内，其半径为R ，环心与原点重合。
电流环的表达式为： 2220y z R x ⎧+=⎨=⎩，电流沿着逆时针方向流动。
在空间内任意选取一点P(x,y,z)，在环上任取一微电流元11A(0,y ,z )，由原点o 到电流元A 的矢径与y 轴正半轴夹角为α，则在A 点处的电流元Idl 满足关系式：()sin cos Idl IR j k d ααα=-+ （2.2.5）而P,A 两点的矢径表示为：()(cos )sin r xi y R j z R k αα=+-+- （2.2.6） 将式（2.2.5），（2.2.6）代入毕奥—萨伐尔定律表达式中：r rl d I B d 304 ⨯⋅=πμ （2.2.7）可以得到P 点的磁感应强度式为:()00322223/2sin cos cos sin 44(2cos 2sin )R z y i x j x k IR Idl rB d R x y z yR zR r ααααμαππααμ--++⨯=⋅=+++--⎰⎰ （2.2.8）则电流环产生的磁场在空间的分布情况如下式：2022223/20(sin cos )4(2cos 2sin )x IR R z y i B d R x y z yR zR πμαααπαα--=+++--⎰ （2.2.9） 2022223/20cos 4(2cos 2sin )y IR x j B d R x y z yR zR πμααπαα=+++--⎰ （2.2.10）2022223/20sin 4(2cos 2sin )z IR x k B d R x y z yR zR πμααπαα=+++--⎰ （2.2.11） 其中，r 为电流元到P 点的矢径，dl 为导线圆的长度矢量。