电子工程专业毕业设计、电子通信工程基于COMSOL电磁场数值仿真设计论文.docx

本科毕业设计(论文)

论文题目： 基于COMSOL的电磁场数值仿真

学生姓名：

学 号:班 级：

专 业： 电子信息工程院（系）： 电子工程学院指导教师：

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摘要

基于COMSOL的电磁场数值仿真

本文利用多物理场仿真软件COMSOL主要进行了简单电磁场，变化电磁场的仿真、并对Halbach转子的静磁场：一个向外磁通聚焦磁场的静态磁场模型和平面反向F（PIFA）天线进行重点模拟仿真。仿真结果符合电磁场理论计算结果，天线频率范围在2.11GHz到2.155GHz之间，2.13GHz时，S参数达到最小值约

-15.4dB，天线输入阻抗匹配的最佳参考阻抗为50Ω。展示了COMSOLMULTHYSICS

软件所提供的简单的、高度集成的数值解决方案。

关键词：电磁场、模拟仿真、天线、COMSOL

Abstract

TheResearchofMagneticFieldSimulationSystemBasedonCOMSOL

MultiphysicssimulationsoftwareCOMSOLwhichusedinthispaperismainlyfocusedonthesimpleelectromagneticfield,variationoftheelectromagneticfieldsimulation,andtherotorHalbachstaticmagneticfield:aoutwardfluxfocusingmagneticfieldofstaticmagneticfieldmodelandtheplanereverseF(PIFA)antennafocusonsimulation.Simulationresultsaccordwiththeoryofelectromagneticfieldcalculationresults,thefrequencyrangeoftheantennainthe2.11GHzto2.155GHz,2.13GHZ,sparameterreachestheminimumvalueofabout-15.4dB,theantennainputimpedancematchingthebestreferenceimpedanceis50ohms.TheCOMSOLMULTHYSICSsoftwareprovidesasimple,highlyintegratednumericalsolution.

KeyWords：electromagneticfield、simulation、antenna、COMSOL

目录

第一章绪论 5

本论文的背景和意义 5

本论文的主要研究内容 6

本论文的结构安排 6

第二章数值计算方法简介和COMSOLMultiphysics建模基础 7

电磁学基础知识 7

麦克斯韦方程组（Maxwell’sEquations） 7

相对关系（ConstitutiveRelations） 8

电动势 9

电磁场的能量ElectromagneticEnergy 9

准静态近似和洛伦兹定理 10

材料属性 11

关于边界条件和物理接口 11

向量Phasors 12

相关变量属性 12

电磁场数值分析方法理论基础 14

有限差分法 14

矩量法 14

有限元法 15

AC/DC模块建模的过程 16

模块概述 16

根据模型的几何特点选取恰当的空间维度 16

力和力矩的计算 16

第三章基于Comsol的电磁场数值仿真 18

COMSOLMultiphysics软件介绍 18

普通电磁场仿真 20

本例仿真简介 20

导入几何三维模型 21

定义材料属性 21

定义边界条件 22

划分网格 22

设置求解器 23

后处理及模型数据分析 23

Halbach转子的静磁场仿真 24

本案例仿真简介 24

导入模型并定义几何尺寸 25

设置全局变量 25

设置材料属性 25

电磁场参数设置 26

网格划分 28

求解器设置 29

后处理及模型数据分析 29

变化电磁场的仿真 31

20kHZ磁场中的铁球 32

60Hz磁场中的铁球 37

13.56MHz磁场中的铁球 46

变化电磁场三种案例综合分析 54

天线仿真 55

本例