电磁场与电磁波课程设计题目、目的和作用.doc

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。 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。 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。 4人一组，可以选择下面的题目，也可自主命题 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R1=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=100V，外导体为0V。 内导体U=220V，外导体为0V。 内导体U=380V，外导体为0V。 内导体U=500V，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 要求：每个班级的1-4号分别完成对应的4种情况 题目2平板电容器电场仿真计算-------2D仿真器 设极板截面长为100mm，端部圆弧为 R2.5 的半圆，板间距离为10mm，假设平行极板相对板间距离足够大，即平板电容器之间电场分布可近似为平行平面场，故采用XY平面建模分析；考虑极板的厚度，并为降低极板边缘效应，在极板两侧边采用圆弧过渡；设极板之间充满相对介电常数ε2=6ε0的均匀电介质； 板间电压差分别为： 1000V。 2500V 220V 500V 用Ansoft Maxwell软件计算电场强度，并画出电压分布图，计算出单位长度电容，和电场能量 要求：每个班级的5-8号分别完成对应的4种情况. 题目3 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） 激励：电压源， 上极板电压：36V，下极板电压：0V。 上极板电压：24V，下极板电压：0V。 上极板电压：12V，下极板电压：0V。 上极板电压：5V，下极板电压：0V。 用Ansoft Maxwell软件计算平板电容器周围的电场分布,并计算该电容器的电容值。 要求：每个班级的9-12号分别完成对应的4种情况。 题目4 平行双线的电场仿真 如图1所示，两长直导线相距400mm，导线半径20mm，其材料(material)是铁（iron），场域中介质是空气（air）(,)。 其中： 一导线电势为220V，另一支导线电势为0； 一导线电势为1000V，另一支导线电势为0； 一导线电势为5000V，另一支导线电势为0； 一导线电势为10000V，另一支导线电势为0； 求：计算平行双线周围的电场分布，并计算单位长电容 要求：每个班级的13-16号分别完成对应的4种情况。 题目5 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）(,)。 内导体电势为380V，外导体电势为0。 内导体电势为220V，外导体电势为0。 内导体电势为500V，外导体电势为0。 内导体电势为1000V，外导体电势为0。 要求：每个班级的17-20号分别完成对应的4种情况。 题目6 磁偶极子天线的近区场计算 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）。环内通的电流分别为 I=1.414A。 I=0.707A I=