磁偶极子天线的近区场计算

成绩评定表
课程设计任务书
目录
1.课程设计的目的与作用 (3)
1.1设计目的........................................... 错误！未定义书签。

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：
工程电磁场与波课程理论抽象、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：
工程电磁场与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。

2 设计任务及所用Maxwell软件环境介绍
2.1设计任务：
磁偶极子线圈的近场区边界上的坡印廷矢量及其辐射电阻仿真：
计算如下图所示所受磁偶极子线圈的近区场在边界上的坡印廷矢量及其辐射电阻。

要求理解并掌握辐射边界的使用。

其中电流环的内径r=9.5mm, 外经R=10mm，线圈材料为铜（copper）。

环内通的电流为 I=1.414A
会用Ansoft Maxwell 后处理器和计算器对仿真结果分析；
恒定磁场力矩计算。

2.2 Maxwell软件环境：
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
Project>Insert Maxwell 3D Design
File>Save as>Dipole antenna(工程命名为“Dipole antenna”)选择求解器类型：Maxwell>Solution Type>Eddy current
设置几何尺寸单位：
Modeler>Units>Select Units:m(meters)
创建线圈
Draw>Torus
中心点：（0,0,0）
输入线圈的内径:（0.009,0,0）
输入线圈的外径：（0.001,0,0）
将材料设置为Copper
重命名为：Coil
创建计算区域Region
Draw>Sphere
中心点：（0,0,0）
输入球形计算区域的半径:(0.06,0,0)
材料设为vacuum
创建激励电流加载面（Create Section）
Section Plane:YZ平面
Modeler>Boolean>Separate Bodies(分离两Section面)Del删除1个截面将剩下的1个截面重命名为“current”
2设置激励（Assign Excitation）
选中线圈截面：current
Maxwell 3D>Excitations>Assign>Current Value:1.414A
Type:soild
设置涡流效应和位移电流存在区域
Maxwell>Excitations>Set Eddy Effects
设置如下图：
设置辐射边界Radiation Boundary
关于辐射边界的一些基本知识：
1.辐射边界在仿真电磁场开域问题时使用，辐射边界可完全吸收该边界所包围区域内向
外辐射的电磁波，不会造成电磁波的反射。

2．辐射边界只在涡流求解器中使用。

3.辐射边界必须与位移电流（Displacement current）设置同时使用。

4.辐射边界一般都设为球形（也可以是其他形状），辐射边界到辐射源的距离一般大于电磁波波长的1/4。

5．在天线的辐射问题中，一般习惯将研究目标或区域尺寸表示为电磁（波）波长（lambda）的函数
将region的半径表示为1的函数
选中Region下的Create sphere,将半径radius改为：lambda/4+0.01(m)
添加变量lambda的定义为：c0/frequ(这里c0表示真空中的光速)
添加变量frequ的定义为：1.3GHz
按f键，改为面选择
选中Region的外表面
Maxwell>Boundaries>Assign>Radiation
设置表面剖分的近似原则
选中外表面
Maxwell>Mesh Operations>Assign>Surface Approximation Maximum surface deviation:ignore
Set maximum normal deviation(angle):15 deg
Set aspect ratio:10
Maximun surface deviation:
表面偏差距离：模型的剖分三角平面与真实表面之间的距离
若模型真实表面是平面，则表面偏差距离为0.
Maximum normal deviation:
模型的剖分三角平面与真实表面的法向量之间的夹角。

Aspect ratio
剖分三角单元的Aspect ratio是指三角单元的外接圆半径与三角形内径的比值。

若该参数为1，表示三角单元为等边三角形。

对于平面剖分，Aspect ratio的设置下限为1.2。

创建计算区域的外表面
选中Region区域的外表面
Modeler>Surface>Create Object From Face
将该面重命名为Outside
2.设置计算参数（Assiqn Executive Para meter）
3.Maxwell3D>Parameters>Assign>Matrix
4.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）
5.Maxwell 3D>Analysis Setup>Add Solution Setup
6.最大迭代次数：Maximum number of passes:5
7.误差要求：Percent Error：10%
8.频率设置：Solver>Adaptive Frequency:1.3GHz
5电磁模型计算及仿真结果后处理分析
5.1Ponyting适量矢算表达式
5.2辐射电阻表达式
5.3仿真效果
Ponyting矢量分布图
辐射电阻结果
5.4曲线分析结果。

6 设计总结和体会
刚开始接触Ansoft时，感觉很困难，但经过一段时间的学习以后，感觉这个软件用起来还是挺方便的。

这也使我对于有限元法和Ansoft有了一定的了解，对于利用仿真的方法形象的模拟静电场有了一定的体会。

这次的静电场仿真作业让我对静电场有了更加深入的了解，同时对解析法有了更加深刻的体会。

基本掌握了Maxwell的基本操作，对利用计算机工具求解电磁场问题有了更加深刻的认识。

7 参考文献：
1.《微波技术与天线》刘学观郭辉萍西安电子科技大学出版社
2.《电磁场与电磁波》苏东林高等教育出版社
10。