电磁场仿真实验报告

电磁场HFSS实验报告【范本模板】

实验一 T形波导的内场分析实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。

2、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理. 实验仪器1、装有windows 系统的PC 一台2、HFSS15。

0 或更高版本软件3、截图软件实验原理本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。

其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口.正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片.通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。

T形波导实验步骤1、新建工程设置:运行HFSS并新建工程：打开HFSS 软件后，自动创建一个新工程：Project1，由主菜单选File\Save as ，保存在指定的文件夹内，命名为Ex1_Tee；由主菜单选Project\ Insert HFSS Design,在工程树中选择HFSSModel1，点右键，选择Rename项,将设计命名为TeeModel.选择求解类型为模式驱动（Driven Model）:由主菜单选HFSS\Solution Type ,在弹出对话窗选择Driven Model 项.设置长度单位为in：由主菜单选3D Modeler\Units ，在Set Model Units 对话框中选中in 项。

2、创建T形波导模型:创建长方形模型：在Draw 菜单中，点击Box 选项，在Command 页输入尺寸参数以及重命名;在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数Transparent(透明度）将其设为0。

8。

Material(材料）保持为Vacuum。

设置波端口源励：选中长方体平行于yz 面、x=2 的平面；单击右键，选择Assign Excitation\Wave port项，弹出Wave Port界面，输入名称WavePort1；点击积分线(Integration Line) 下的New line ,则提示绘制端口,在绘图区该面的下边缘中部即（2,0，0)处点左键,确定端口起始点，再选上边缘中部即（2,0,0.4）处，作为端口终点。

电磁仿真实践报告一

L/4处电压时域波形
3L/4处电压时域波形
S参数图形（S11是’b’）
十、实验结论：
均匀平板传输线，电磁波沿z轴方向传播只存在Y方向的磁场和X方向的电场,当终端匹配时波传至终端被吸收,当终端短路时,波传至终端反射回来且Ex反向。
带挡板的平行板传输线，由于不连续性的出现，沿X方向场的均匀性招到破坏，沿y方向场的均匀性仍然保持，此时平行板传输线中的场分量有Ex，Ez，Hy。
Maxwell方程FDTD的差分格式:
图8-1 Yee模型
麦克斯韦第一、二方程（7）
式中，是电流密度，反映电损耗，是磁流密度，单位，反映磁损耗。主要与上式对应。各向同性介质中的本构关系：
（8）
是磁阻率，计算磁损耗的。
以为变量，在直角坐标中，展开麦克斯韦第一、二方程，分别为
（9）
（10）
令代表在直角坐标中的任何一个分量，离散符号取为
eps0=8.85e-12;% ×ÔÓÉ¿Õ¼ä½éµç³£Êý
d=0.18;l=6;T=0.5e-9;
t0=3*T;fmax=1e9;
bc=0.3;dz=bc/20;
Nx=d/dz;
Nz=l/dz;dt=dz/(2*c);
Nt1=6*T/dt+100;
Nt=6*T/dt+800+100;
Ex=zeros(Nx,Nz+1);
Ver(n)=d*Ex(Nz*3/4);
figure(1);plot(Ex)
axis([0 400 -1 1])
figure(2);plot(Hy)
pause(0.0001)
axis([0 400 -0.01 0.01])
end
figure(3); plot((1:Nt1)*dt,Ver)

电磁场仿真实验报告.qms

江西师范大学物理与通信电子学院
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注意：在分析过程中，要把该文件保存到默认的temp文件夹里面，否则将无法正常分析出结果。

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注意：在进行分析过程的时候，可以先在results中建立模型，节省分析的时间。

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天线参数如下：
(Theta, Phi) rEX (Theta, Phi) rEY (Theta, Phi) rEZ (Theta, Phi) rEPhi
注意：实验过程中注意选取BOX的数值应缩小10倍，或者是视图画面要缩小，否则创建的长方体会太大，影响后面选取的直立面。

ANSYS电磁场仿真实验报告

电磁场仿真实验报告求平行输电线周围的电位和电场分布一、报告要求：该生学号尾号为1，建立3条垂直排布的导线。

电位由下到上分别为1V，2V，3V，如下图所示：二、模型说明：静电场计算，求解区域为模型的5倍，截断边界条件。

最下方导线对地高度为10米，导线半径为0.01米，导线之间间距为5米。

（即：H1=10m，H2=15m，H3=20m，U1=1V，U2=2V，U3=3V，R0=0.01m，求解区域为一半圆，题目要求求解区域为模型的5倍，模型尺寸认为是40m，故取半圆半径L=200m。

）如下图所示：三、实验步骤：1、确定文件名，选择研究范围。

点击Utility Menu>File>Change Title，输入你的文件名。

例如“姓名_学号”（ZLM_2012301530051）点击Main Menu>Preferences，选择Electric。

点击Main Menu>Preprocessor>，进入前处理模块(command: /TITLE,ZLM_2012301530051/COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Electric/PREP7 )2、定义参数点击Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters，在下面“Selection”空白区域填入参数：H1=10H2=15H3=20R0=0.01U1=1U2=2U3=3每一个参数输入完毕，点击“Accept ”按钮，输入的参数就导入上方“Items”指示的框中，等参数导入完毕后，点击“close”按钮关闭对话框。

(command: *SET,H1,10*SET,H2,15*SET,H3,20*SET,R0,0.01*SET,U1,1*SET,U2,2*SET,U3,3)3、定义单元类型点击Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现单元类型对话框“Element Types”，点击Add，弹出单元类型选择库对话框“Library of ElementTpes”选择Electrostatic 和2D Quad 121（二维四边形单元plane121）。

ANSYS电磁场仿真实验报告

电磁场仿真实验报告求平行输电线周围的电位和电场分布一、报告要求：该生学号尾号为1，建立3条垂直排布的导线。

电位由下到上分别为1V，2V，3V，如下图所示：二、模型说明：静电场计算，求解区域为模型的5倍，截断边界条件。

最下方导线对地高度为10米，导线半径为0.01米，导线之间间距为5米。

（即：H1=10m，H2=15m，H3=20m，U1=1V，U2=2V，U3=3V，R0=0.01m，求解区域为一半圆，题目要求求解区域为模型的5倍，模型尺寸认为是40m，故取半圆半径L=200m。

）如下图所示：三、实验步骤：1、确定文件名，选择研究范围。

点击Utility Menu>File>Change Title，输入你的文件名。

例如“姓名_学号”（ZLM_2012301530051）点击Main Menu>Preferences，选择Electric。

点击Main Menu>Preprocessor>，进入前处理模块(command: /TITLE,ZLM_2012301530051/COM,Preferences for GUI filtering have been set to display:/COM, Electric/PREP7 )2、定义参数点击Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters，在下面“Selection”空白区域填入参数：H1=10H2=15H3=20R0=0.01U1=1U2=2U3=3每一个参数输入完毕，点击“Accept ”按钮，输入的参数就导入上方“Items”指示的框中，等参数导入完毕后，点击“close”按钮关闭对话框。

(command: *SET,H1,10*SET,H2,15*SET,H3,20*SET,R0,0.01*SET,U1,1*SET,U2,2*SET,U3,3)3、定义单元类型点击Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现单元类型对话框“Element Types”，点击Add，弹出单元类型选择库对话框“Library of ElementTpes”选择Electrostatic 和2D Quad 121（二维四边形单元plane121）。

磁力仿真分析实验报告(3篇)

第1篇一、实验目的本次实验旨在通过磁力仿真分析，探究电磁铁磁力大小与电流大小、线圈匝数、铁芯材料等因素之间的关系，并验证理论分析的正确性。

二、实验原理电磁铁的磁力大小与电流大小、线圈匝数、铁芯材料等因素有关。

根据安培环路定律和法拉第电磁感应定律，电磁铁的磁感应强度B可以表示为：\[ B = \mu_0 \cdot \frac{N \cdot I}{l} \]其中，\(\mu_0\)为真空磁导率，N为线圈匝数，I为电流大小，l为线圈长度。

三、实验材料1. 仿真软件：COMSOL Multiphysics2. 电磁铁模型：铁芯、线圈、导线3. 电流源、电压源、电阻等元件4. 铁芯材料：软磁性材料、硬磁性材料四、实验步骤1. 建立电磁铁模型：使用COMSOL Multiphysics软件建立电磁铁模型，包括铁芯、线圈、导线等部分。

2. 设置边界条件：根据实验需求设置边界条件，如电流源、电压源、电阻等。

3. 材料属性：根据实验需求设置铁芯材料属性，包括磁导率、电阻率等。

4. 求解：使用COMSOL Multiphysics软件进行仿真求解，得到电磁铁的磁感应强度分布。

5. 结果分析：分析仿真结果，验证理论分析的正确性，并探究电磁铁磁力大小与电流大小、线圈匝数、铁芯材料等因素之间的关系。

五、实验结果与分析1. 电流大小对磁力的影响：仿真结果表明，随着电流大小的增加，电磁铁的磁感应强度也随之增加。

这与理论分析相符，说明电流大小对电磁铁磁力有显著影响。

2. 线圈匝数对磁力的影响：仿真结果表明，随着线圈匝数的增加，电磁铁的磁感应强度也随之增加。

这与理论分析相符，说明线圈匝数对电磁铁磁力有显著影响。

3. 铁芯材料对磁力的影响：仿真结果表明，不同铁芯材料对电磁铁磁力有显著影响。

软磁性材料具有较高的磁导率，因此电磁铁磁力较大；而硬磁性材料磁导率较低，电磁铁磁力较小。

六、结论1. 电磁铁磁力大小与电流大小、线圈匝数、铁芯材料等因素有关。

工程电磁场实训报告总结

一、引言电磁场是现代工程领域中不可或缺的一部分，涉及通信、电子、电力、医疗等多个领域。

为了加深对电磁场理论知识的理解，提高实际操作能力，我们参加了为期两周的工程电磁场实训。

通过本次实训，我们不仅巩固了电磁场的基本理论，还学会了如何运用这些理论解决实际问题。

以下是本次实训的总结报告。

二、实训内容1. 电磁场基本理论实训首先对电磁场的基本理论进行了回顾，包括麦克斯韦方程组、电磁波、电磁场能量等。

通过理论学习，我们深入了解了电磁场的基本性质和规律。

2. 电磁场模拟软件的使用实训过程中，我们学习了电磁场模拟软件的使用方法。

以Ansys Maxwell为例，我们学会了如何建立模型、设置边界条件和求解电磁场问题。

通过实际操作，我们掌握了软件在工程中的应用。

3. 电磁场仿真实验在仿真实验环节，我们针对实际工程问题进行了电磁场仿真。

例如，我们模拟了天线辐射、传输线特性、电磁屏蔽等场景，分析了电磁场参数对实际工程的影响。

4. 电磁场测量实验实训还安排了电磁场测量实验，包括电磁场强度测量、电磁波传播特性测量等。

通过实验，我们掌握了电磁场测量仪器的使用方法，了解了电磁场参数的测量方法。

三、实训收获1. 理论知识得到巩固通过本次实训，我们对电磁场基本理论有了更深入的理解，为今后在相关领域的学习和工作打下了坚实的基础。

2. 实际操作能力得到提高实训过程中，我们学会了使用电磁场模拟软件和测量仪器，提高了实际操作能力。

这些技能将有助于我们在今后的工作中解决实际问题。

3. 团队协作能力得到锻炼实训过程中，我们分组进行实验和仿真，培养了团队协作精神。

在遇到问题时，我们共同讨论、解决问题，提高了团队协作能力。

4. 创新意识得到培养在实训过程中，我们针对实际问题进行仿真和实验，培养了创新意识。

通过不断尝试和改进，我们找到了更优的解决方案。

四、不足与反思1. 理论与实践结合不够紧密在实训过程中，我们发现部分理论知识在实际操作中应用不够灵活。

电磁场实验指导书及实验报告

CENTRAL SOUTH UNIVERSITY题目利用Matlab模拟点电荷电场的分布姓名xxxx学号xxxxxxxxxx班级电气xxxx班任课老师xxxx实验日期2010-10电磁场理论实验一——利用Matlab 模拟点电荷电场的分布一．实验目的：1．熟悉单个点电荷及一对点电荷的电场分布情况； 2．学会使用Matlab 进行数值计算,并绘出相应的图形;二．实验原理：根据库伦定律:在真空中，两个静止点电荷之间的作用力与这两个电荷的电量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向在两个电荷的连线上，两电荷同号为斥力，异号为吸力,它们之间的力F 满足：R R Q Q k F ˆ212= （式1)由电场强度E 的定义可知：R R kQ E ˆ2= (式2）对于点电荷,根据场论基础中的定义，有势场E 的势函数为R kQU = (式3)而 U E -∇= (式4) 在Matlab 中，由以上公式算出各点的电势U ，电场强度E 后，可以用Matlab 自带的库函数绘出相应电荷的电场分布情况.三．实验内容:1. 单个点电荷点电荷的平面电力线和等势线真空中点电荷的场强大小是E=kq /r^2 ,其中k 为静电力恒量， q 为电量， r 为点电荷到场点P （x ，y ）的距离。

电场呈球对称分布, 取电量q> 0, 电力线是以电荷为起点的射线簇。

以无穷远处为零势点, 点电荷的电势为U=kq /r,当U 取常数时，此式就是等势面方程。

等势面是以电荷为中心以r 为半径的球面。

◆ 平面电力线的画法在平面上, 电力线是等角分布的射线簇，用MATLAB 画射线簇很简单。

取射线的半径为( 都取国际制单位） r0=0.12, 不同的角度用向量表示( 单位为弧度） th=linspace(0,2*pi,13）。

射线簇的终点的直角坐标为: ［x,y]=pol2cart(th,r0）.插入x 的起始坐标x=[x ； 0.1＊x]。

电磁场HFSS实验报告

实验一 T形波导的内场分析实验目的1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。

2、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。

实验仪器1、装有windows 系统的PC 一台2、或更高版本软件3、截图软件实验原理本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。

其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。

正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。

通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。

T形波导实验步骤1、新建工程设置：运行HFSS并新建工程：打开 HFSS 软件后，自动创建一个新工程： Project1，由主菜单选 File\Save as ，保存在指定的文件夹内，命名为Ex1_Tee；由主菜单选 Project\ Insert HFSS Design，在工程树中选择 HFSSModel1，点右键，选择 Rename项，将设计命名为 TeeModel。

选择求解类型为模式驱动（Driven Model）：由主菜单选HFSS\Solution Type ，在弹出对话窗选择Driven Model 项。

设置长度单位为in：由主菜单选 3D Modeler\Units ，在 Set Model Units 对话框中选中 in 项。

2、创建T形波导模型：创建长方形模型：在 Draw 菜单中，点击 Box 选项，在Command 页输入尺寸参数以及重命名；在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数Transparent（透明度）将其设为。

Material（材料）保持为Vacuum。

设置波端口源励：选中长方体平行于 yz 面、x=2 的平面；单击右键，选择 Assign Excitation\Wave port项，弹出 Wave Port界面，输入名称WavePort1；点击积分线 (Integration Line) 下的 New line ，则提示绘制端口，在绘图区该面的下边缘中部即（2,0,0)处点左键，确定端口起始点，再选上边缘中部即(2,0,处，作为端口终点。

电磁场matlab仿真实验

电磁场matlab 仿真实验一实验一：[例7-5]试分析一对等量异号的电荷周围空间上的电位和电场分布情况。

分析：将等量异号的电荷的几何中心放置于坐标原点位置，则它们在空间某点p 处产生的点位为：()G q g g q r r q r q r q02102102010*******πξπξπξπξπξϕ=-=⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛-=-=其中G 为格林函数()()22222cos 2/cos 2/1r dr d r r dr d r +-=+-=θθ将G 用片面积坐标表示为⎪⎪⎭⎫⎝⎛=12ln g g G 在编程时，将G 当作点位函数处理，并利用梯度求出唱腔E=-▽φ。

用matlab 的m 语言编写的程序如下：[x,y]=meshgrid(-10:0.1:10);[Q,R]=cart2pol(x,y);R(R<=1)=NaN;q=input('请输入电偶极子的电量q ＝')%原程序有误，以此为准d=input('请输入电偶极子的间距d ＝')%原程序有误，以此为准E0=8.85*1e-12;K0=q/4/pi/E0;g1=sqrt((d./2).^2-d.*R.*cos(Q)+R.^2);%原程序有误，以此为准g2=sqrt((d./2).^2+d.*R.*cos(Q)+R.^2);%原程序有误，以此为准G=log(K0*g2./g1);contour(x,y,G,17,'g');hold on[ex,ey]=gradient(-G);tt=0:pi/10:2*pi;%原程序未定义tt ，以此为准sx=5*sin(tt);sy=5*cos(tt);streamline(x,y,ex,ey,sx,sy);xlabel('x');ylabel('y');hold off;当运行此程序后，按提示输入电偶极子电量和嗲耨集子间距如下：请输入电偶极子的电量q ＝0.5*1e-10请输入电偶极子的间距d ＝0.01即可汇出入图说使得嗲耨集资周围的长的分布图。

中国农大学生电磁场仿真实验报告

电磁场仿真实验报告学院年级专业班学生姓名学号目录实验一静电场仿真实验二恒定电场的仿真实验三恒定磁场的仿真2r n∑ n∑实验一静电场仿真1．实验目的建立静电场中电场及电位空间分布的直观概念。

2．实验原理当电荷的电荷量及其位置均不随时间变化时，电场也就不随时间变化，这种电场称为静电场。

点电荷 q 在无限大真空中产生的电场强度 E 的数学表达式为E = q4πε0 r（ r 是单位向量）（1-1）真空中点电荷产生的电位为ϕ=q4πε0 r（1-2）其中，电场强度是矢量，电位是标量，所以，无数点电荷产生的电场强度和电位是不一样的，电场强度为12n1 q2 i iE = E + E + + E =4πε0i r i =1 r i（ r 是单位向量）（1-3）电位为1q1 2 nϕ= ϕ +ϕ + +ϕ =4πε0ii =1 ri（1-4）本章模拟的就是基本的电位图形。

3．实验内容及步骤（1）点电荷静电场仿真题目：真空中有一个点电荷-q ，求其电场分布图。

分析：真空中负点电荷的电位是：ϕ= -场强是： q4πε0 rE = -qr 4πε0 r假设其在坐标原点，则半径为 r ，用 x ，y 的坐标求出 r 进而求出 x ，y 与电位ϕ之间的关系，则可以做出图形。

作图过程：设原点为负电荷所在位置，平面上任意一点 p （x ，y ），给定 x ，y 可能是-10 到 10 之间的任意值，求得半径向量 r 为：r 带入公式（2-2）得到电位：ϕ= -其中，1.0 *10-10是作为无穷小出现的，因为 x ，y 可能同时取 0，这时式子将没有意义。

第一次仿真代码如下：q = 1.6e-19; %设置单位点电荷电量e0 = 8.8541878e-12; %设置真空介电常数的值 x=-1:0.1:1; y=-1:0.1:1;[x,y]=meshgrid(x,y);fai=-q.*(1./sqrt(x.^2+y.^2+1e-10))./(4*pi*e0); E=-q.*(1./(x.^2+y.^2+1e-10))./(4*pi*e0); surfc(x,y,E); surfc(x,y,fai);以下是第一次仿真结果图：图 1-1 第一次负点电荷电位示意图2图1-2 第一次负点电荷场强示意图第一次运行结果发现结果失真严重：第二次运行结果如下：图1-1-2 第二次负点电荷电位示意图发现是1.0 *10 10 是作为无穷小太小了，故改为0.01。

电磁场仿真实验报告

电磁场仿真实验报告第一篇：电磁场仿真实验报告电磁场仿真实验报告电气工程学院 2011级2班 2011302540056 黄涛实验题目：有一极长的方形金属槽，边宽为1m，除顶盖电位为100sin(pi*x)V外，其它三面的电位均为零，试用差分法求槽内点位的分布。

1、有限差分法的原理它的基本思想是将场域划分成网格，用网格节点的差分方程近似代替场域内的偏微分方程，然后解这些差分方程求出离散节点上位函数的值。

一般来说，只要划分得充分细，其结果就可达到足够的精确度。

差分网格的划分有多种不同的方式，这里将讨论二维拉普拉斯方程的正方形网格划分法。

如下图1所示，用分别平行与x，y轴的两组直线把场域D划分成许多正方行网格，网格线的交点称为节点，两相邻平行网格线间的距离h称为步距。

用表示节点处的电位值。

利用二元函数泰勒公式，可将与节点（xi，yi）直接相邻的节点上的电位值表示为上述公式经整理可得差分方程这就是二维拉普拉斯方程的差分格式，它将场域内任意一点的位函数值表示为周围直接相邻的四个位函数值的平均值。

这一关系式对场域内的每一节点都成立，也就是说，对场域的每一个节点都可以列出一个上式形式的差分方程，所有节点的差分方程构成联立差分方程组。

已知的边界条件经离散化后成为边界点上已知数值。

若场域的边界正好落在网格点上，则将这些点赋予边界上的位函数值。

一般情况下，场域的边界不一定正好落在网格节点上，最简单的近似处理就是将最靠近边界点的节点作为边界节点，并将位函数的边界值赋予这些节点。

2、差分方程的求解方法：简单迭代法先对静电场内的节点赋予迭代初值，其上标（0）表示初始近似值。

然后再按下面的公式：进行多次迭代（k=0,1,2,3…）。

当两次邻近的迭代值差足够小时，就认为得到了电位函数的近似数值解。

实验程序： a=zeros(135,135);for i=1:135 a(i,i)=1;end;for i=1:7 a(15*i+1,15*i+2)=-0.25;a(15*i+1,15*i+16)=-0.25;a(15*i+1,15*i-14)=-0.25;end for i=1:7 a(15*i+15,15*i+14)=-0.25;a(15*i+15,15*i+30)=-0.25;a(15*i+15,15*i)=-0.25;enda(1,2)=-0.25;a(1,16)=-0.25;a(121,122)=-0.25;a(121,106)=-0.25;a(135,134)=-0.25;a(135,120)=-0.25;a(15,14)=-0.25;a(15,30)=-0.25;for i=2:14 a(i,i-1)=-0.25;a(i,i+1)=-0.25;a(i,i+15)=-0.25;end for i=122:134 a(i,i-1)=-0.25;a(i,i+1)=-0.25;a(i,i-15)=-0.25;end for i=1:7 for j=2:14;a(15*i+j,15*i+j-1)=-0.25;a(15*i+j,15*i+j+1)=-0.25;a(15*i+j,15*i+j+15)=-0.25;a(15*i+j,15*i+j-15)=-0.25;end end b=a^(-1);c=zeros(135,1);for i=121:135 c(i,1)=25;end d=b*c;s=zeros(11,17);for i=2:16 s(11,j)=100*sin(pi.*i);end for i=1:9 for j=1:15 s(i+1,j+1)=d(15*(i-1)+j,1);end end subplot(1,2,1),mesh(s)axis([0,17,0,11,0,100])subplot(1,2,2),contour(s,32)实验结果如下：***010***65432151015以上是划分为135*135个网格的过程，同理可有如下数据：（1）将题干场域划分为16个网格，共有25各节点，其中16个边界的节点的电位值是已知，现在要解的是经典场域内的9个内节点的电位值。

华中科技大学电磁场与电磁波课程仿真实验报告

《电磁场与电磁波》课程仿真实验报告学号*********姓名Crainax专业光学与电子信息学院院（系）******2016 年11月27日1.实验目的1）理解均匀波导中电磁波的分析方法，TEM/TE/TM 模式的传输特性；2）了解HFSS 仿真的基本原理、操作步骤；3）会用HFSS 对金属波导的导波特性进行仿真；4）画出波导主模的电磁场分布；5）理解波导中的模式、单模传输、色散与截止频率等概念。

2.实验原理2.1导波原理如图1，z轴与金属波导管的轴线重合。

假设：1）波导管内填充的介质是均匀、线性、各向同性的；2）波导管内无自由电荷和传导电流；3）波导管内的场是时谐场。

图1 矩形波导以电场为例子，将上式代入亥姆霍兹方程 2E+k2E=0，并在直角坐标内展开，即有：其中k c表示电磁波在与传播方向相垂直的平面上的波数。

如果导波沿z方向传播，则对波导中传播的电磁波进行分析可知：1）场的横向分量可由纵向分量表示；2）既满足亥姆霍兹方程有满足边界条件的解很多，每个解对应一个波形（或称之为模式）3）k c是在特定边界条件下的特征值，当相移常数β=0 时，意味着波导系统不在传播，此时k c=k，k c称为截止波数。

2.2 矩形波导中传输模式的纵向传输特性波导中的电磁波在传输方向的波数β由下式给出：式中k为自由空间中同频率的电磁波的波数。

要使波导中存在导波，则β必须为实数，即如上式不满足，则电磁波不能在波导内传输，即截止。

矩形波导中TE10模的截止波长最长，故称它为最低模式，其余模式均称为高次模。

由于TE10模的截止波长最长且等于2a，用它来传输可以保证单模传输。

当波导尺寸给定且有a＞2b时，则要求电磁波的工作波长满足a＜λ＜2a λ＞2b当工作波长给定时，则波导尺寸必须满足3．实验内容在HFSS中完成圆波导的设计与仿真，要求画出电场分布，获得色散曲线。

模型半径为：4.20mm.1）探讨圆波导的横截面尺寸发生变化时，主模（TE11模）的场分布和传播特性如何变化；2）探讨圆波导的填充介质发生变化时，主模（TE11模）的场分布和传播特性如何变化；3）比较圆波导中前两个模式的差别（提示：TE11模和TM01模式，两者的截止波长分别为3.41a，2.62a）4.仿真实验步骤1）理论计算（给出截止频率计算过程及结果）；圆波导中的TM波：容易得到TM模式下对应截至频率(c)TM01=（h）TM01/2 = （HZ）即为TM模式下的极限频率。

华中科技大学《电磁场与电磁波》课程仿真实验报告

华中科技⼤学《电磁场与电磁波》课程仿真实验报告.《电磁场与电磁波》课程仿真实验报告学号*********姓名Crainax专业光学与电⼦信息学院院（系）******2016 年11⽉27⽇1.实验⽬的1）理解均匀波导中电磁波的分析⽅法，TEM/TE/TM 模式的传输特性；2）了解HFSS 仿真的基本原理、操作步骤；3）会⽤HFSS 对⾦属波导的导波特性进⾏仿真；4）画出波导主模的电磁场分布；5）理解波导中的模式、单模传输、⾊散与截⽌频率等概念。

2.实验原理2.1导波原理如图1，z轴与⾦属波导管的轴线重合。

假设：1）波导管内填充的介质是均匀、线性、各向同性的；2）波导管内⽆⾃由电荷和传导电流；3）波导管内的场是时谐场。

图1 矩形波导以电场为例⼦，将上式代⼊亥姆霍兹⽅程?2E+k2E=0，并在直⾓坐标内展开，即有：其中?k c表⽰电磁波在与传播⽅向相垂直的平⾯上的波数。

如果导波沿z⽅向传播，则对波导中传播的电磁波进⾏分析可知：1）场的横向分量可由纵向分量表⽰；2）既满⾜亥姆霍兹⽅程有满⾜边界条件的解很多，每个解对应⼀个波形（或称之为模式）3）k c是在特定边界条件下的特征值，当相移常数β=0 时，意味着波导系统不在传播，此时k c=k，k c称为截⽌波数。

2.2 矩形波导中传输模式的纵向传输特性波导中的电磁波在传输⽅向的波数β由下式给出：式中k为⾃由空间中同频率的电磁波的波数。

要使波导中存在导波，则β必须为实数，即＞或＜＞如上式不满⾜，则电磁波不能在波导内传输，即截⽌。

矩形波导中TE10模的截⽌波长最长，故称它为最低模式，其余模式均称为⾼次模。

由于TE10模的截⽌波长最长且等于2a，⽤它来传输可以保证单模传输。

当波导尺⼨给定且有a＞2b时，则要求电磁波的⼯作波长满⾜a＜λ＜2a λ＞2b当⼯作波长给定时，则波导尺⼨必须满⾜＜＜＜3．实验内容在HFSS中完成圆波导的设计与仿真，要求画出电场分布，获得⾊散曲线。

电磁仿真

一、仿真内容：单心电缆有两层绝缘体，分界面为同轴圆柱面。

已知，R1=10mm ,R2=20mm,R3=30m m,R 4=31mm ,内导体为cop per ，外导体为lea d ，中间的介质ε1＝5ε0, ε2＝3ε0, ,内导体U =100V ，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an sfo t 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、用解析法计算：在绝缘物中人去一点P ，至O 点距离为r ，过P 点做同轴圆柱面高为l ，该面再加上两底面，由高斯通量定理得l S d D ⋅=⎰τ所以，当r <1R 时，由高斯定理的E =0，D=0 当1R <r<2R 时，得r2D 1⋅=πτ，11r 2E επτ⋅⋅=当2R <r<3R 时，得r2D 2⋅=πτ，22r 2E επτ⋅⋅=当r>3R 时，由高斯定理的E =0，D=0而电压为⎰⎰⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+=⋅⋅⋅+⋅⋅=2132R R R R 23212121R R ln 1R R ln 12dr r 2dr r 2U εεπτεπτεπτ232121R R ln1R R ln1U2εεπτ+=故: r e r 05.73E 1=，r e r911023.3D -⨯=r e r 75.121E 2= , r e r921023.3D -⨯=⎰⋅=dl Eϕ 且V 04=ϕ ,V 1001=ϕ所以当r <1R 时，V 1001=ϕ当1R <r<2R 时，r dl E dl E R r R R ln 731.268222322-=⋅+⋅=⎰⎰ϕ当2R <r<3R 时，r dl E R rln 75.1211.414333-=⋅=⎰ϕ当r>3R 时，V 04=ϕ 电容：⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛+==232121R R ln 1R R ln 12εεπττU Q C =101003.2-⨯ C能量：⎰⎰⎰⋅⋅⋅⋅⋅+⋅⋅⋅⋅⋅=⋅⋅=32212221V e r 2r221r 2r221dv E D 21W R R R R dr r dr r πεπτπτπεπτπτ= mJ6100155.1-⨯=二、总体设计图三、图形设计过程A、更具要求，画出相应半径的圆，并将线变为面（如下图所示）得到的图形，如图所示C、根据实验要求，将所分割的区域填上相对应的介质，材料库如下图所示；并将不同的介质用不同颜色区分开来，便于观察。

电磁结构仿真实习报告

一、引言电磁场是自然界中普遍存在的一种基本现象，广泛应用于电力、通信、电子、医疗等领域。

电磁结构的仿真是电磁场领域的重要研究手段之一，通过对电磁场问题的模拟和分析，可以帮助我们更好地理解和设计电磁系统。

本报告将针对电磁结构仿真实习，从仿真软件、仿真过程、仿真结果及分析等方面进行总结和阐述。

二、仿真软件介绍本次电磁结构仿真实习主要采用ANSYS Maxwell软件进行仿真。

ANSYS Maxwell是一款功能强大的电磁场仿真软件，广泛应用于电磁场问题的分析和设计。

该软件具有以下特点：1. 支持多种仿真类型，如静电场、恒定电流场、时变电磁场等；2. 提供丰富的材料库和参数设置，方便用户进行仿真；3. 具有强大的后处理功能，可生成多种格式的仿真结果；4. 支持与CAD软件的协同设计，提高设计效率。

三、仿真过程1. 仿真建模：首先，根据实际需求建立仿真模型，包括几何建模、网格划分、边界条件设置等。

在本次仿真中，我们以一个简单的传输线模型为例，进行电磁场仿真。

2. 材料属性设置：根据仿真需求，设置仿真模型中各材料的属性，如介电常数、磁导率、电导率等。

3. 边界条件设置：根据仿真需求，设置仿真模型的边界条件，如电场边界、磁场边界等。

4. 求解设置：选择合适的求解器，设置求解参数，如时间步长、迭代次数等。

5. 仿真求解：运行仿真，得到仿真结果。

四、仿真结果及分析1. 仿真结果本次仿真得到的传输线模型电磁场分布情况如图1所示。

图中展示了电场强度和磁场强度的分布情况。

2. 结果分析（1）电场分布：从仿真结果可以看出，电场强度在传输线模型中呈现周期性变化。

在传输线模型中心，电场强度较大，而在两侧，电场强度逐渐减小。

（2）磁场分布：磁场强度在传输线模型中也呈现周期性变化。

在传输线模型中心，磁场强度较大，而在两侧，磁场强度逐渐减小。

（3）损耗分析：通过计算传输线模型的损耗，可以得到损耗与频率的关系。

在低频段，损耗较小；随着频率的增加，损耗逐渐增大。

工程电磁场实验报告

工程电磁场仿真实验报告——叠钢片涡流损耗Maxwell 2D仿真分析（实验小组成员：陈文玉徐晨波葛晨阳郭鹏程陈栋）Maxwell仿真分析——二维轴向磁场涡流分析源的处理在学习了Ansoft公司开发的软件Maxwell后，对工程电磁场有了进一步的了解，这一软件的应用之广非我们所想象。

本次实验只是利用了其中很小的一部分功能，涡流损耗分析。

通过软件仿真、作图，并与理论值相比较，得出我们需要的实验结果。

在交流变压器和驱动器中，叠片钢的功率损耗非常重。

大多数扼流线圈通常使用叠片，以减少涡流损耗，但这种损耗仍然很大。

特别是在高频情况下，交变设备由脉宽调制波形所产生的涡流损耗不仅降低了设备的整体性能，也产生了热，因此做这方面的分析十分有必要。

一、实验目的1)认识钢的涡流效应的损耗，以及减少涡流的方法；2)学习涡流损耗的计算方法；3)学习用MAXWELL 2D计算叠片钢的涡流。

二、实验模型实验模型是4片叠钢片组成，每一篇截面的长和宽分别是12.7mm和0.356mm，两片中间的距离为8.12um，叠片钢的电导率为2.08e6 S/m，相对磁导率为2000，作用在磁钢表面的外磁场H z=397.77A/m，即B z=1T。

考虑到模型对X，Y轴具有对称性，可以只计算第一象限内的模型。

三、实验步骤一．单个钢片的涡流损耗分析1、建立模型，因为是单个钢片的涡流分析，故位置无所谓，就放在中间，然后设置边界为397.77A/m，然后设置频率，进行求解。

2、进行数据处理，算出理论值，并进行比较。

二、叠钢片涡流损耗分析1、依照模型建立起第一象限内的模型，将模型的原点与坐标轴的原点重合，这样做起来比较方便。

设置钢片的材质，使之符合实际要求。

然后设置边界条件和源，本实验的源为一恒定磁场，分别制定在上界和右边界，然后考虑到对偶性，将左边界和下界设置为对偶。

然后设置求解参数，因为本实验是要进行不同的频率下，涡流损耗的分析，所以设定好Frequency后，进行求解。

实验四电磁实验仿真

实验四电磁实验仿真 —点电荷电场分布的模拟一. 实验目的电磁场是一种看不见摸不着但又客观存在的物质，通过使用Matlab 仿真电磁场的空间分布可以帮助我们建立场的图景，加深对电磁理论的理解和掌握。

按照矢量分析，一个矢量场的空间分布可由其矢量线（也称力线）来形象表示。

点电荷的电场就是一个矢量场，模拟其电力线的分布可以得到电场的空间分布。

通过本次上机实验希望达到以下目的：1. 学会使用MATLAB 绘制电磁场力线图和矢量图的方法；2. 熟悉二维绘图函数contour 、quiver 的使用方法。

二. 实验原理根据库仑定律，真空中的一个点电荷q 激发的电场 3rE q r = (高斯制) (1)其中r 是观察点相对电荷的位置矢量。

考虑相距为d 的两个点电荷q 1和q 2，以它们的中点建立坐标（如图），根据叠加原理，q 1和q 2激发的电场为： 12123312r r E q q r r =+ (2)由于对称性，所有包含电荷的平面上，电场的分布一样，所以只需要考虑xy 平面上的电场分布，故 121233331212(/2)(/2)ˆˆˆˆ()[]x y E E q x q x q y d q y d E j j r r r r i i -+==++++ (3) 其中12 r r ==。

根据电动力学知识（参见谢处方，《电磁场与电磁波》，1.4.1节），电场矢量线（或电力线）满足微分方程： yx E dy dx E = (4) 代入(3)式解得电力线满足的方程 1212(/2)(/2)qy d q y d r r C -++= (5) 其中C 是积分常数。

每一个C 值对应一根电力线。

电场的分布也可以由电势U 的梯度(gradient ，为矢量)的负值计算，根据电磁学知识，易知两点电荷q 1和q 2的电势1212q q U r r =+ (6)那么电场为 E gradU U =-=-∇ (7)或者 ()(),x y x y E U E U =-∇=-∇ (8)在Matlab 中，提供了计算梯度的函数gradient()。

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