同轴电缆的电场3D仿真
用模拟法描绘静电场
2 t
r
r
2 t
r
图2同轴电缆的模拟模型
总电阻为（半径ra到rb之间圆柱片的电阻） rb r dr Rr r ln （8） 2 t r r 2 t r
b a b a
a
因两圆柱面间所加电压为U0，则径向电流为
I U0 2 tU 0 R ra rb ln rb ra
下面通过具体实验来讨论这种等效性。 1、同轴电缆及其静电场分布： 如图1(a)所示，在真空中有一半径为ra的长圆柱形导体A和一内半 径为rb的长圆筒形导体B，它们同轴放置，分别带等量异号电荷。 由高斯定理知，在垂直于轴线的任一载面s内，都有均匀分布的辐 射状电场线，这是一个与坐标Z轴无关的二维场。在二维场中， 电场强度E平行于xy平面，其等位面为一簇同轴圆柱面。因此只 要研究S面上的电场分布即可。
图1同轴电缆及其静电场分布
由静电场中的高斯定理可知，距轴线的距离为r处(见图1b)的各点电 场强度为 E= （1） 2 0 r 式中为柱面每单位长度的电荷量，半径为r的任一点与外圆柱面间 的电位差为： r r Ur E dr ln b r （2） 2 0 r 两柱面间电位差为 r r U0 E dr ln b （3） r 2 0 ra 代入上式，得
大，其内仍包含大量原子)内正负电荷数量相等，没有净电荷，呈 电中性。当有电流通过时，单位时间内流入和流出该体积元内的 正或负电荷数量相等，净电荷为零，仍然呈电中性。因而，整个
导电介质内有电流通过时也不存在净电荷。这就是说，真空中的
静电场和有稳恒电流通过时导电介质中的场都是由电极上的电荷 产生的。事实上，真空中电极上的电荷是不移动的，在有电流通
实验仪器
• （一）GVZ一3型导电微晶静电场描绘仪 (包括导电微晶、双层固定支架、同步探 针等)，如下图所示，支架采用双层式结 构，上层放记录纸，下层放导电微晶。 电极已直接制作在导电微晶上，并将电 极引线接出到外接线柱上，接通直流电 源〔10v)就可进行实验。移动同步探针 在导电微晶上找出若干电位相同的点， 由此便可描绘出等位线。
实验八 模拟法测绘静电场
实验八 模拟法测绘静电场模拟法本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现、不便测量的状态和过程，要求这两种状态或过程有一一对应的两组物理量，且满足相似的数学形式及边界条件。
一般情况，模拟可分为物理模拟和数学模拟，对一些物理场的研究主要采用物理模拟(物理模拟就是保持同一物理本质的模拟)，数学模拟也是一种研究物理场的方法，它是把不同本质的物理现象或过程，用同一个数学方程来描绘。
对一个稳定的物理场，若它的微分方程和边界条件一旦确定，其解是唯一的。
两个不同本质的物理场如果描述它们的微分方程和边界条件相同，则它们的解也是一一对应的，只要对其中一种易于测量的场进行测绘，并得到结果，那么与它对应的另一个物理场的结果也就知道了。
由于稳恒电流场易于实现测量，所以就用稳恒电流场来模拟与其具有相同数学形式的静电场。
我们还要明确，模拟法是在实验和测量难以直接进行，尤其是在理论难以计算时，采用的一种方法，它在工程设计中有着广泛的应用。
【实验目的】本实验用稳恒电流场分别模拟长同轴圆形电缆的静电场、平行导线形成的静电场、劈尖形电极和聚焦。
具体要求达到:1、学习用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理场。
2、描绘出分布曲线及场量的分布特点。
3、加深对各物理场概念的理解。
4、初步学会用模拟法测量和研究二维静电场。
【实验仪器】GVZ 一3型导电微晶静电场描绘仪(包括导电微晶、双层固定支架、同步探针等)，如图所示，支架采用双层式结构，上层放记录纸，下层放导电微晶。
电极已直接制作在导电微晶上，并将电极引线接出到外接线柱上，电极间有电导率远小于电极且各项均匀的导电介质。
接通直流电源〔10v)就可进行实验。
在导电微晶和记录纸上方各有一探针，通过金属探针臂把两探针固定在同一手柄座上，两探针始终保持在同一铅垂线上。
移动手柄座时，可保证两探针的运动轨迹是一样的。
由导电微晶上方的探针找到待测点后，按一下记录纸上方的探针，在记录纸上留下一个对应的标记。
静电场描绘
实验原理及仪器
四、静电场的测绘方法
场强E在数值上等于电位梯度，方向指向电位降落的方向。考 虑到E是矢量，而电位U是标量，从实验测量来讲，测定电位比测 定场强容易实现，所以可先测绘等位线，然后根据电力线与等位 线正交的原理，画出电力线。这样就可由等位线的间距确定电力 线的疏密和指向，将抽象的电场形象地反映出来。
1.测量过程中要保持两电极间的电压不变； 2.实验时上下探针应保持在同一铅垂线上，否则会使图形失真； 3.记录纸应保持平整，测量时不能移动。
引言
当今，随着科学技术的高度发展，数学在各种科技领域中得到广泛 运用，特别是电子计算机等先进技术的作用和推广，模拟法的应用范 围也越来越宽阔，成为提出新的科学设想，探索未知世界不可缺少的 或主要的研究方法之一。如人脑模拟、战术模拟训练、工程模拟以及 模拟式经济管理等。教育教学中常用模拟教学、模拟训练、模拟游戏 等方式进行控制条件下的综合性研究。
U U
r a
ln rb ra
B
Ur
U rb
Ua
ln rb r
ln rb
ln r
ln rb
U U
r a
ln rb ra
ra
实验内容
实验步骤： （1）在测试仪上层板上放定一张坐标记录纸，下层板上放置水槽 式无限长同轴圆柱面电场模拟电极。加自来水填充在电极间。 （2）接好电路。调节探针，使下探针浸入自来水中，触及水槽底 部，上探针与坐标纸有1-2mm的距离。 （3）接通电源，K2扳向“电压输出”位置。调节交流输出电压， 使AB两电极间的电压为交流12V，保持不变。 （4）移动探针，在A电极附近找出电势为5V的点，用上探针在坐 标纸上扎孔为记。同理再在A周围找出电势为5V的等势点7个，扎 孔为记。 （5）移动探针，在A电极周围找出电势分别为4V，3V，2V，1V 的各8个等势点（圆越大，应多找几点），方法如步骤（4）。 （6）分别用8个等势点连成等势线（应是圆），确定圆心O的位 置。量出各条等势线的坐标r（不一定都相等），并分别求其平均 值。
实验十三 模拟法测绘静电场
实验十三模拟法测绘静电场模拟法本质上是用一种易于实现、便于测量的物理状态或过程模拟不易实现、不便测量的状态和过程，要求这两种状态或过程有一一对应的两组物理量，且满足相似的数学形式及边界条件。
一般情况，模拟可分为物理模拟和数学模拟，对一些物理场的研究主要采用物理模拟(物理模拟就是保持同一物理本质的模拟)，数学模拟也是一种研究物理场的方法，它是把不同本质的物理现象或过程，用同一个数学方程来描绘。
对一个稳定的物理场，若它的微分方程和边界条件一旦确定，其解是唯一的。
两个不同本质的物理场如果描述它们的微分方程和边界条件相同，则它们的解也是一一对应的，只要对其中一种易于测量的场进行测绘，并得到结果，那么与它对应的另一个物理场的结果也就知道了。
由于稳恒电流场易于实现测量，所以就用稳恒电流场来模拟与其具有相同数学形式的静电场。
我们还要明确，模拟法是在实验和测量难以直接进行，尤其是在理论难以计算时，采用的一种方法，它在工程设计中有着广泛的应用。
【实验目的】本实验用稳恒电流场分别模拟长同轴圆形电缆的静电场、平行导线形成的静电场、劈尖形电极和聚焦。
具体要求达到:1、学习用模拟方法来测绘具有相同数学形式的物理场。
2、描绘出分布曲线及场量的分布特点。
3、加深对各物理场概念的理解。
4、初步学会用模拟法测量和研究二维静电场。
【实验仪器】GVZ一3型导电微晶静电场描绘仪(包括导电微晶、双层固定支架、同步探针等)，如图所示，支架采用双层式结构，上层放记录纸，下层放导电微晶。
电极已直接制作在导电微晶上，并将电极引线接出到外接线柱上，电极间有电导率远小于电极且各项均匀的导电介质。
接通直流电源〔10v)就可进行实验。
在导电微晶和记录纸上方各有一探针，通过金属探针臂把两探针固定在同一手柄座上，两探针始终保持在同一铅垂线上。
移动手柄座时，可保证两探针的运动轨迹是一样的。
由导电微晶上方的探针找到待测点后，按一下记录纸上方的探针，在记录纸上留下一个对应的标记。
Ansoft Maxwell简介与电场仿真实例PPT精选文档
4.设置计算参数（可选）
计算电容值：Maxwell 3D> Parameters > Assign > Matrix
计算参数
Force，力（虚位移法） Torque，转矩 Matrix，矩阵参数（对于静电场问题：部分电容参数矩阵）
静电独立系统— D 线从这个系统中的带电体发出，并终止于该系统 中的其余带电体，与外界无任何联系，即系统中，总净电荷为0。
12
继续建模：绘制外层屏蔽层模型 从Outer模型中减去Air模型，得到外层屏蔽层模型。 选中Outer模型和Air模型： Edit > Select > By Name
Shift+鼠标左键
13
继续建模：绘制外层屏蔽层模型 从Outer模型中减去Air模型，得到外层屏蔽层模型。
Modeler > Boolean > Subtract
双击
双击改名：Inner
单击改模型颜色
单击设置材料 ：copper
11
继续建模：绘制外层屏蔽层模型 选中已建立的Inner模型，Ctrl+C， Ctrl+V
建立第2个圆柱体，命名为Outer，材料：Copper
双击修改模型尺寸 同理，建立第3个圆柱体，半径改为1mm，命名为Air，材料：vacuum 从Outer模型中减去Air模型，得到外层屏蔽层模型。
瞬态场（Transient Field）
用于求解某些涉及到运动和任意波形的电压、电流源激励的设 备。该模块能同时求解磁场、电路及运动等强耦合的方程，因 而可轻而易举地解决上述装置的性能分析问题。
4
Ansoft仿真步骤
选择求解器类型 建模
设置材料属性（电 导率，介电常数， 磁导率等）
采用电磁仿真软件HFSS数值仿真同轴连接器及其电磁场性能
课程设计报告设计题目：采用电磁仿真软件HFSS数值仿真同轴连接器及其电磁场性能分析学院：电子工程学院专业：电子信息工程班级： 0212XX学号： 0212XXXX姓名： XXX电子邮件：日期： 2016年01月成绩：指导教师：李 X西 安 电 子 科 技 大 学电 子 工 程 学 院课 程 设 计 任 务 书学生姓名 指导教师 职称 学生学号 0212 专业 电子信息工程 题目 采用电磁仿真软件HFSS 数值仿真同轴连接器及其电磁场性能分析任务与要求根据《电磁场与电磁波》和《微波技术基础》课程的理论学习，通过学习电磁仿真软件Ansys HFSS ，掌握其基本原理和使用方法，并采用HFSS 数值仿真——同轴连接器，分析其输入阻抗特性、网络参数特性、同轴线内部场分布和电流分布等传输线参数，以巩固所学习的电磁场传输问题。
要求： （1）学习Ansys HFSS 全波电磁仿真软件；（2）掌握HFSS 的使用方法，并能准确地进行数值仿真计算； （3）全波仿真同轴连接器，给出全波仿真同轴连接器的网络散射参数随频率的变化特性，同轴连接器中的电磁场分布图以及各端口的场特性。
开始日期 2016年 01月 06 日 完成日期 2016年 01月20 日 课程设计所在单位 电子工程学院本表格由电子工程学院网络信息中心 编辑录入 .…………………………装………………………………订………………………………线………………………………………………………………采用HFSS数值仿真同轴连接器及其电磁场性能分析XXX（西安电子科技大学电子工程学院，陕西西安 710071）摘要：本文首先简要介绍了同轴线及同轴连接器的概念，并利用HFSS电磁仿真软件对同轴弯头连接器进行了仿真，给出了同轴连接器的网络散射参数随频率的变化特性，同轴连接器中的电磁场分布图以及各端口的电磁场特性。
通过HFSS仿真软件将抽象的电磁场概念具体化，有助于对微波课程的进一步理解。
COMSOL Multiphysics仿真应用—模拟电缆和传输线
所以我们现在有了四个参数中的两个参数。 此时我们应重申一下，上述过程是基于电介质区域的电导率为 0 的假设。这是教科式的典型推导方法，我们在本案例中坚 持这一做法，因为与上文讨论的内电感项不同，它不会给物理场带来很大影响。许多电芯材料的电导率实际上不为 0，我们 只需在仿真中更改材料属性即可解决这一点。为了确保其与理论正确匹配，同样需要对推导进行适当的更改。
） 表示复传播常数，
和
然后推出单位长度的参数
其中
表示表面电阻，
表示集肤效应深度。
尽管电容和并联电导之间的方程在任何频率下都有效，然而有非常重要的一点需要指出：电阻和电感的方程依赖于集肤效应 深度，所以方程仅在集肤效应深度远远小于导体实际厚度时的频率下有效。这也是为什么电感方程中名为内电感的第二项对 于部分读者或许有些陌生，因为当金属被作为理想导体时，它是可以被忽略的。这个项表示由磁场穿透有限电导率金属而产 生的电感，所有它在频率足够高时可以被忽略（该项也可以表达为 ）。
串联电阻和电感的分布参数
串联电阻和电感可以用相似的方式进行计算，即利用 “AC/DC 模块”中的磁场接口，通过仿真模型计算出结果。仿真模型的 设置简单明了，如下图所示。
将导体域添加到具有线圈组特征的单匝线圈节点，选择反向电流方向以确保经过内层导体的电流方向与外层导体相反，如上 图中的点和叉所示。对照图中的随机分布，单匝线圈解释了导体中电流分布与频率的相关性。
并联电导和电容的分布参数
由于并联电导和电容可以依据电场计算，所以我们首先使用 电流接口。
电流接口仿真模型的边界条件和材料属性。 当几何和材料属性被指定后，我们假设导体为等电势体（这是一个安全假设，因为导体和电介质的电导率通常约有 20 个数 量级的差别），并通过向内层导体施加 V0 和使外层导体接地来创建物理场，从而求解电介质中的电势。上述电容解析方程 来源于下列更普遍适用的方程
用模拟法描绘静电场讲解
2h
ln
b a
径向电流： I Vab Vab 2h Rab ln b
a
Var
I
r a
dR
Vab
ln
r a
ln b
a
可见，两者的电势分布相同。
而：Er
dVr dr
显而易见，稳恒电流场E r′与静电场E的 分布也是相同的 。
即可以用稳恒电流场来模拟静电场
模拟条件 （1）稳恒电流场中的电极形状应与被模拟的静电场中 的带电体几何形状相同。
大学物理实验
用模拟法描绘静电场
实验目的
1. 学习用模拟法描绘静电场的原理和方法； 2. 加深对电场强度和电场线、电位等概念的理解； 3. 描绘同轴圆柱形电缆横截面的电场分布情况。
物理思想
什么是静电场？ 为什么不直接测绘静电场？
间接测量：模拟法？
易于实现、便于测量的 物理状态或过程
模拟
不易实现、不便测量的 物理状态或过程
3. 由等位线的间距确定电力线的疏密，将抽象的电
场形象地反映出来。
－
－
－－+－ Nhomakorabea－
－
－
实验仪器
探针
专用电源
电场描绘仪
实验内容及步骤
一 、描绘同轴电缆的静电场分布的接线图：
10.00V
-+ V
记录针
探针
r a b
二、实验步骤
1. 准备一张白纸：八条对称辐射线
2. 校正 (内 )3. 测量 (外)
Va 10.00V
（1）将白纸上的8条对称辐射线的中心，与内电极的中心对准， 利用小磁条固定好白纸
（2）在白纸上描出7.00V、5.00V、3.00V和1.00V的等位点， 每等位点不少于8个点(均匀分布)
最新Ansoft-Maxwell简介与电场仿真实例课件PPT
内芯建模： Draw > Cylinder 输入内芯底面圆心坐标（0，0，-4）mm 输入内芯半径：dy = 0.6mm 输入内芯长度：dz = 25mm
圆心坐标 内芯长度
内芯半径
2.设置材料属性
双击
三维直流磁场分析（3D DC Magnetic）
用于分析由恒定电流、永磁体及外部激磁引起的磁场。该模块 可计算磁场强度（H），电流密度（J），磁感应强度（B）， 磁场力、磁场能量、转矩、电感等。可用于分析直流载流线圈 磁场，永磁体产生磁场等。
涡流场分析（Eddy Current Field）
用于分析受涡流、集肤效应、邻近效应影响的系统。它求解的 频率范围可以从０到数百兆赫兹，能够计算损耗、铁损、力、 转矩、电感与储能。可用于分析导体中的涡流分布。三维正弦 电磁场特性等。
ห้องสมุดไป่ตู้
部分电容
Capacitance Matrix 部分电容矩阵
4导体静电独立系统 Q1C10V1C12(V1V2)C13(V1V3) Q2 C20V2C21(V2V1)C23(V2V3) Q3 C30V3C31(V3V1)C32(V3V2)
Q 1 C 10C 12C 13 C 12
Q 2 C 12
建模完毕
Blank Parts: Outer; Tool Parts: Air
3.设置激励源 激励源：内芯电压：-1kV；外屏蔽层电压1kV 选中Inner模型,设置电压-1kV
Maxwell 3D > Excitations > Assign > Voltage. 选中Outer模型,设置电压1kV
同轴电缆能量的仿真原理
同轴电缆能量的仿真原理
同轴电缆能量的仿真原理即为模拟和分析同轴电缆中的电磁场分布和传输特性。
这是通过求解麦克斯韦方程组来实现的。
首先，麦克斯韦方程组描述了电磁场的本质和行为，包括电场、磁场和它们之间的相互作用。
在同轴电缆中，这些方程可以应用于电场和磁场的分布情况。
麦克斯韦方程组包括四个方程，其中两个是静电学的高斯定律和安培环路定律，另外两个是动态学的法拉第电磁感应定律和麦克斯韦-安培定律。
通过这些方程，可以得出电场和磁场在同轴电缆中的变化。
仿真过程中，可以使用有限元方法、有限差分方法等数值解法来求解麦克斯韦方程组。
这些数值方法将电场和磁场分布与材料特性和几何形状相关联，从而得到电磁场的分布和传输特性。
在同轴电缆的仿真中，需要考虑电磁场的分布、传输线特性（如传输损耗、阻抗等）、材料特性（如电导率、介电常数等）以及外部激励（如电流、电压输入等）。
这些参数可以通过仿真分析来优化同轴电缆的设计和性能。
总之，同轴电缆能量的仿真原理是基于麦克斯韦方程组求解的，通过数值方法模拟和分析电磁场的分布和传输特性，以优化同轴电缆的设计和性能。
Maxwell静电场中同轴电缆的3D仿真
Maxwell 静电场中同轴电缆的3D 仿真电气1008班研究题目:单心电缆有两层绝缘体，分界面为同轴圆柱面。
已知R 1=10mm,R 2=20mm ，R 3=30mm ，R 4=31mm,内导体为copper ，外导体为lead ，中间的介质ε1＝5ε0, ε2＝3ε0, ，内导体U=100V,外导体为0V求：电位,电场强度，电位移随半径的变化,单位长度电容和电场能量.➢用解析法计算电位,电场强度，电位移随半径的变化，计算单位长度电容和电场能量。
解:设同轴电缆内、外层导体分别带电+τ、-τ。
由高斯定理:在介质中⎰=⋅Sd S D τL所以D=πρτ223212121ln 2ln 23221ρρπετρρπετρρρρρρ+=+=⎰⎰d E d E U 所以232121ln 1ln 12ρρερρεπτ+=UR1R2R4R3ε1ε2 (2)D l l πρτ=11122222D E D E τεπρετεπρε====代入E 1，E 2 ρρεερρρ+=U E )ln ln (2312122ρρρρεερ+=UE代入具体数值，得到E 1 =ρ05.73，E 2 =ρ75.121由ϕ=⎰3ρρEdL 可得电位ϕ1 =268。
1-73 ln ρ,ϕ2 =414。
1—121。
8 ln ρ电场能量:W=DEdv V ⎰21=5.0775×10—7 J/mD=πρτ2=)ln 1ln1(232121ρρερρερ+U=ρ-910×3.23(ρ单位为m ）C==UτL L=+232121ln 1ln12ρρερρεπ1.0155×10-10F➢用ansfot 软件计算上述物理量随半径的变化曲线，并画出电压分布图，计算出单位长度电容，和电场能量一、建模并设置模型属性1，打开Ansoft Maxwell ，单击project ，选择Insert Maxwell 3D Design 建立一个3D 模型2，选择求解器类型:选择电场-静电场(Maxwell 3D > Solution Type>Electrostatic ）3,建立内心圆柱模型：Draw ——Cylinder 在Z处输入z轴起点坐标为—100在Y处输入圆柱半径2mm在Z处输入圆柱高度300mm用鼠标在空白处双击即可转换视角为从Z轴俯视建立的圆柱在这里显示选择此工具同理将cylinder3展开后双击黄色图标,然后将半径值改为次外层介质半径30mm单击选中cylinder1—ctrl+c —ctrl+v 多复制几个圆柱将半径值改为最外层介质半径6.2mm双击cylinder2树图下的黄色图形按住ctrl 键从外层到内层一次单击选中两个圆柱在选中的任意一个图标上单击右键〉Edit>Boolean〉subtract确认后即可得到最外层的那圈电介质同上将下面两个圆柱的半径分别设置为30mm和20mm，再用上述方法用半径大地圆柱减去半径小的圆柱即可得到次外层的介质，以此类推，知道将四层介质都制作好。
同轴电缆电场的仿真___2D仿真器
目录1.课程设计的目的与作用 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计作用 (1)2 设计任务及所用maxwell软件环境介绍 (1)2.1设计任务 (1)2.2maxwell软件环境： (1)3电磁模型的建立 (2)4电磁模型计算及仿真结果后处理分析 (7)5 设计总结和体会 (12)6 参考文献 (13)1.课程设计的目的与作用1.1设计目的：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：总体要求：熟练使用Ansoft Maxwell 仿真软件.对电场、磁场进行分析.了解所做题目的原理。
利用Ansoft Maxwell软件仿真简单的电场以及磁场分布.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。
将所做步骤详细写出.并配有相应图片说明。
2 设计任务及所用Maxwell软件环境介绍2.1设计任务：题目1 同轴电缆电场的仿真---2D仿真器同轴电缆描述：单心电缆有两层绝缘体.分界面为同轴圆柱面。
已知R 1=10mm,R2=20mm,R3=30mm,R4=31mm,内导体为copper.外导体为lead.中间的介质ε1＝5ε0,ε2＝3ε0, ,内导体外导体的电位分别为：内导体U=380V.外导体为0V。
求：1用解析法计算电位.电场强度.电位移随半径的变化.计算单位长度电容和电场能量。
2用Ansoft Maxwell软件计算上述物理量随半径的变化曲线.并画出电压分布图.计算出单位长度电容.和电场能量2.2Maxwell软件环境：Ansoft Maxwell软件特点：Ansoft Maxwell 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、兵器等众多行业.为各领域的科学研究和工程应用作出了巨大的贡献。
Ansoft_Maxwell电场仿真
4.设置计算参数（可选）
计算电容值：Maxwell 3D> Parameters > Assign > Matrix
计算参数
Force，力（虚位移法） Torque，转矩 Matrix，矩阵参数（对于静电场问题：部分电容参数矩阵）
静电独立系统— D 线从这个系统中的带电体发出，并终止于该系统 中的其余带电体，与外界无任何联系，即系统中，总净电荷为0。
9.后处理
导出电场强度E 的数据 1. Maxwell 3D> Fields > Calculator
2. Quantity> E 3. Geometry> All objects
4. Domain
导出电场强度E 的数据 5. Export
数据保存路径：英文目录 可用写字板打开
导出电场强度E 的数据
Ansoft Maxwell
Ansoft公司的Maxwell 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二 维/三维电磁场有限元分析软件。包括静电场、静磁场、时变电 场，时变磁场，涡流场、瞬态场和温度场计算等，可以用来分 析电机、传感器、变压器、永磁设备、激励器等电磁装置的静 态、稳态、瞬态、正常工况和故障工况的特性。
电容矩阵
收敛 特性
电场力
9.后处理
在直接计算量的基础上得到间接计算量，将结果以图形的形式显示
显示横截面电场幅值分布图
在history tree窗口中 选中Plane： Global:XY
在Project manage窗口中 Field Overlays，右键单击 Fields > E > Mag_E
三维直流磁场分析（3D DC Magnetic）
用于分析由恒定电流、永磁体及外部激磁引起的磁场。该模块 可计算磁场强度（H），电流密度（J），磁感应强度（B）， 磁场力、磁场能量、转矩、电感等。可用于分析直流载流线圈 磁场，永磁体产生磁场等。
同轴电缆阻抗计算仿真实验报告
同轴电缆阻抗计算仿真实验报告同轴电缆是一种常用的传输信号的介质，其特点是在电缆的中心有一根导体，而在导体外层有一层绝缘层，再外面就是一层金属屏蔽层，最外层是一层绝缘层。
同轴电缆的阻抗是指在电缆中传输信号时，信号所遇到的电阻和电抗的总和。
阻抗的大小对信号的传输有很大的影响，因此我们需要对同轴电缆的阻抗进行计算和仿真实验。
为了计算同轴电缆的阻抗，我们需要了解电缆的几何结构和材料参数。
首先，电缆的几何结构包括中心导体的半径、绝缘层的厚度、金属屏蔽层的厚度和外层绝缘层的厚度。
其次，电缆的材料参数包括中心导体的电导率、绝缘层的介电常数、金属屏蔽层的电导率和外层绝缘层的介电常数。
在计算阻抗时，我们可以使用传输线理论来进行求解。
根据传输线理论，同轴电缆的阻抗可以通过导体的电阻、电感和电容以及绝缘层的电容来计算得到。
具体的计算方法可以通过求解传输线的电磁场分布和边界条件得到。
为了验证计算结果的准确性，我们可以进行仿真实验。
在仿真实验中，我们可以利用电磁场仿真软件来模拟同轴电缆中信号的传输情况。
通过调整电缆的几何结构和材料参数，我们可以观察到不同参数对阻抗的影响，并对计算结果进行验证。
在实际应用中，同轴电缆的阻抗需要满足一定的要求。
例如，在电视信号传输中，常用的同轴电缆阻抗为75欧姆，而在计算机网络中，常用的同轴电缆阻抗为50欧姆。
因此，在设计和制造同轴电缆时，我们需要根据具体的应用要求来确定阻抗的数值。
同轴电缆的阻抗计算和仿真实验是非常重要的。
通过计算和仿真实验，我们可以了解不同参数对阻抗的影响，并根据实际需求来设计和制造同轴电缆。
这对于提高信号传输的质量和稳定性具有重要意义。
因此，我们需要重视同轴电缆阻抗的计算和仿真实验，并不断优化和改进电缆的设计和制造技术。
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同轴电缆的电场3D仿真
目录
1.课程设计的目的与作用 (1)
1.1设计目的 (1)
2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍 (1)
2.1设计任务 (1)
2.2 Maxwell软件环境 (2)
3.电磁模型的建立 (2)
3.1建模并设计模型属性 (2)
3.2选择求解器类型 (2)
3.3建立内心圆柱模型 (3)
3.4设置材料属性 (5)
3.5设定激励源 (5)
3.6设置计算参数 (6)
3.7检验所有设置是否正确并求解 (8)
4.电磁模型计算及仿真结果后处理分析 (8)
4.1电场强度分布 (8)
4.2电通密度分布 (10)
4.3电位分布 (11)
4.4电能量的计算 (12)
5.设计总结和体会 (14)
6.参考文献 (14)
1.课程设计的目的与作用
1.1设计目的：
本次课设是同轴电缆的电场仿真，通过设计与仿真验证理论的真实性，以便使我们更好的理解实体的理论，才能更好的深度学习电磁场的知识。
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：总体要求：熟练使用 Ansoft Maxwell 仿真软件，对电场，磁场进行分析，了解所做题目的原理。
利用 Ansoft Maxwell 软件仿真简单的电场以及磁场分布，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。
将所做步骤详细写出，并配有相应图片说明。
2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍
2.1设计任务：同轴电缆的电场仿真
如图2所示，同轴电缆模型。
内导体半径为20mm，外导体半径为160mm,外导体厚度为20mm。
内导体和外导体均用银（silver），内外导体间填充树脂玻璃（Plexiglass）(3.40,0.0051)。
（1）内导体电势为380V，外导体电势为0。
2.2Maxwell软件环境：
Ansoft Maxwell 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、兵器等众多行业，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、建模并设置模型属性
1、打开Ansoft Maxwell，单击project，选择Insert Maxwell 3D Design
建立一个3D模型。
3.2选择求解器类型：选择电场—静电场（Maxwell 3D > Solution Type>Electrostatic）。
3.3建立内心圆柱模型：Draw—Cylinder 在Z处输入Z轴起点坐标-1000。
在Y出输入圆柱半径20。
在Z处输入圆柱高度2000。
调整圆柱视角改为Z轴俯视。
单机选中 cylinder—ctrl+c—ctrl+v 复制5个圆柱。
双击cylinder2树图下的 cratecylinder ，将半径改为160。
按住ctrl键从外层到内层一次单击选中Cylinder2 ,Cylinder1 两个圆柱。
在选中任意一个图标上单击右键>Edit>Booean>subteact
同理分别双击Cylinder4,Cylinder5树图下的createcylinder,并分别设置半径160，180。
再按住ctrl键从外层到内层一次单击选中Cylinder5,Cylinder4 两个圆柱。
在选中任意一个图标上单击右键>Edit>Booean>subteact ，如上。
3.4.设置材料属性
双击Cylinder3。
单击Edit后可以修改介质属性，属性为银（silver），将名称修改为“0”表示最内层。
同理双击Cylinder2,修改其介质属性为树脂玻璃（Plexiglass），将名称修改为“1”表示中间层。
双击Cylinder5,修改其介质属性为为银（silver），将名称修改为“2”表示最外层。
3.5设定激励源
在圆柱0上单击鼠标右键>assign excitation>voltage,将最内层电压设置为380V。
同理将最外层圆柱2的电压设置为0V。
3.6设置计算参数
计算电容值：Maxwell 3D——Parameters——Assign ——Matrix。
设置求解器收敛判据：Maxwell 3D——Analysis Setup ——Add Solution Setup
设置最大迭代次数10次，设置误差小于：5%。
设置每次迭代加密部分比例：50%。
3.7检验所有设置是否正确并求解
先单击小对沟，后单击小感叹号，开始求解。
4电磁模型计算及仿真结果后处理分析
4.1电场强度分布
全选中模型，右键选择Fields》E》Mag_E在此获得电场强度分布图E1=240.45与ansoft仿真得到的曲线基本符合
获得电场图
场量的大小随着半径变化曲线的绘制；绘制变化曲线需要引入一条辅助线，单击菜单栏的Draw>line由圆心向外画一条辅助线，图中黑色的直线。
单击菜单栏Maxwell 3D>Results>Create Fields Result>Rectangular Plot
单击Ceometry的小箭头后选择Polylinel沿半径计算，然后在quantity中选择Mag E 产生电场强度曲线，最后单击New Report 即生成电场随半径的变化曲线。
4.2电通密度分布
全选中模型，右键选择Fields》D》Mag_D在此获得电通密度分布图 D=7.23*10-9与ansoft仿真得到的曲线基本符合
4.3电位分布
全选中模型右键选择Fields》Voltage在此获得电位分布图1=1220.32-240.4ln
与ansoft仿真得到的曲线基本符合
4.4电能量的计算
单击菜单栏Maxwell>Fields>Caometry
点击Quantity—选择Energy—Geomtry—选择—All0bjects—点击积分符号—点击Eval。
如下图计算结果为：
由解析法算的电场能量W=1.139*10-5J/m与ansoft仿真得到的曲线基本符合
5 设计总结和体会
作为一名电子信息工程专业的学生，我觉得本次电磁课程设计是十分有意义的。
在自己不断的努力下，经过自主学习完成本次课程设计。
从中我们学习到了很多东西，像如何应用Maxwell软件仿真，对实际问题进行分析。
我们在设计过程中，经过不断的更改与设计，努力做到完美，完善，让自己做的课题接近于期望的结果，但是还是会有一些不足，但是这些并不能影响整体的效果。
这也是我们学习中自主学习的表现，也是锻炼我们自主思考能力的方法。
经过本次课程设计，我们每个人都会受益匪浅，也会在今后的学习和生活中收获更多。
6 参考文献：
参考文献：《Ansoft 12 在工程电磁场中的应用》赵博张洪亮等编著《Ansoft工程电磁场有限元分析》刘国强等编著
《电介质电容率及其应用》张白珊编著
《Ansoft HFSS 入门教程与仿真实例》冯奎胜等编著。