电磁场与电磁波课设解读

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 2

2.1设计任务2

2.2maxwell软件环境： 2

3电磁模型的建立 3

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：

随着经济的发展和社会的进步，人们的日常生活水平不断的提高，人们在充分享用现代生活方便，舒适的同时也越来越离不开电子产品了。对电子产品本身来

说，只要通电，就存在电磁之类干扰的问题，而电子产品对外界来说又存在着电磁辐射等问题，如何解决这类问题，趋利避害，更好地让电子产品为我们的服务器真是我们需要做的工作。

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：

电磁场与电磁波主要介绍电磁场与电磁波的发展历史、基本理论、基本概念、基本方法以及在现实生活中的应用，内容包括电磁场与电磁波理论建立的历史意义、静电场与恒流电场、电磁场的边值问题、静磁场、时变场和麦克斯韦方程组、准静态场、平面电磁波的传播、导行电磁波以及谐振器原理等。全书沿着电磁场与电磁波理论和实践发展的历史脉络，将历史发展的趣味性与理论叙述和推导有机结合，同时介绍了电磁场与电磁波在日常生活、经济社会以及科学研究中的广泛应用。书中的大量例题强调了基本概念并说明分析和解决典型问题的方法；每章末的思考题用于测验学生对本章内容的记忆和理解程度；每章的习题可增强学生对于公式中不同物理量的相互关系的理解，同时也可培养学生应用公式分析和解决问题的能力。

2 设计任务及所用Maxwell软件环境介绍

2.1设计任务：

平板电容器电场仿真

平板电容器模型描述：

上下两极板尺寸：25mm×25mm×2mm，材料：pec（理想导体）

介质尺寸：25mm×25mm×1mm，材料：mica（云母介质）

(1 激励：电压源，上极板电压：5V，下极板电压：0V。

2.2Maxwell软件环境：

Maxwell是主要建立在maxwell方程基础上的，有限元分析软件。

MAXWELL 2D：

工业应用中的电磁元件，如传感器，调节器，电动机，变压器，以及其他工业控制系统比以往任何时候都使用

得更加广泛。由于设计者对性能与体积设计封装的希望，因而先进而便于使用的数字场仿真技术的需求也显著的增长。在工程人员所关心的实用性及数字化功能方面，Maxwell 的产品遥遥领先其他的一流公司。Maxwell 2D 包括交流/ 直流磁场、静电场以及瞬态电磁场、温度场分析，参数化分极；以及优化功能。此外，Maxwel2D 还可产生高精度的等效电路模型以供A n s o f t 的SIMPLORER模块和其它电路分析工具调用。

MAXWELL 3D：

向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大的后处理器时的Maxwell 3D成为业界最佳的高性能三维电磁设计软件。可以分析涡流、位移电流、集肤效应和邻近效应具有不可忽视作用的系统，得到电机、母线、变压器、线圈等电磁部件的整体特性。功率损耗、线圈损耗、某一频率下的阻抗（R和L）、力、转矩、电感、储能等参数可以自动计算。同时也可以给出整个相位的磁力线、B和H分布图、能量密度、温度分布等图形结果

3电磁模型的建立

建模（Model）

Project > Insert Maxwell 3D Design

File>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”）

选择求解器类型：Maxwell > Solution Type> Electric> Electrostatic（静电的）创建下极板六面体

Draw > Box（创建下极板六面体）

下极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）

将六面体重命名为DownPlate

Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）

创建上极板六面体

Draw > Box（创建下极板六面体）

上极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 3）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2）

将六面体重命名为UpPlate

Assign Material > pec（设置材料为理想导体perfect conductor）

创建中间的介质六面体

Draw > Box（创建下极板六面体）

介质板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 2）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0）

坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 1）

将六面体重命名为medium

Assign Material > mica（设置材料为云母mica，也可以根据实际情况设置新材料）

创建计算区域（Region）

Padding Percentage：0%

忽略电场的边缘效应（fringing effect）

4电磁模型计算及仿真结果后处理分析

5 设计总结和体会

麦克斯韦根据大量的、严密的数学推导，提出了电磁场理论，在1868年大胆预言了电磁波的存在。并预言了“光就是电磁波”。被称为十九世纪最伟大的科学预言。

但是，麦克斯韦的预言是在二十年后，即1888年由赫兹的实验证实了电磁波的存在，此时，麦克斯韦已经去世了九年，没能看到自己的预言被实验所证实。

1879年，麦克斯韦去世时，只有49岁，而1894年，赫兹去世时只有37岁。但他们都对电磁学发展做出了重大贡献。1873年，麦克斯韦完成巨著《电磁学通论》，这是一部可以同牛顿的《自然哲学的数学原理》相媲美的书，具有划时代的意义。

在赫兹实验证实了电磁波的存在后，各种无线电通讯象雨后春笋般迅猛发展起来，以至于今天，我们象生活在“电磁波的海洋”里，电磁波已经成为我们生活中不可或缺的一部分了

6 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