电磁场ansoft软件应用作业
——静电场部分
TYP
电气0906
09291183
一、题目
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ansfot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
二、解答
1、解析法：
在介质中取任意点P ，设它到电缆中心距离为r 。过P 点作同轴圆柱面，高为l 。该面加上上下两底面作为高斯面S 。
D
rl S d D S
)2(π=??
ε
1
1D
E = ε
2
2D
E =
??+=R
R dr
R R dr U E E 322121
将方程联立，代入数据解得：
m V r E /05.731≈
，m V r E /75
.1212≈
所以 12
9
2
1158.8573.05 3.23/1010D C r r m
E ε--???=?==
电位
r
R R
R dr dr l d E r r
E E ln 05.7341.236232211
--=?+?=?=???
∞
? V
r
R
dr l d E r
r
E ln 75.12192.426322
--=?=?=??
∞
? V
电场能量
9
7
2
11 3.23 1.181173.05221010e D r r E r
ω--??=?=??=3
J
m
9
7
2
22 3.23 1.9711121.752210
10e D r r E r
ω--??=?=??=3
J
m
单位长度电场能量
231277632
12
12
222(1.18ln 1.97ln ) 1.02101010e e e R R rdr rdr J m R R R R W R R πππωω---=+=???+??=???单位长度电容
6
1022
22 1.0210 2.0410100e W C F m U --??===?
2、ansoft仿真
根据题目的要求，利用Maxwell—2D仿真建立相应的模型。（1）利用几何建模器，建立题目相应的几何模型
（2）根据已画几何模型，填入相应的物质。
其中最外层为真空，从外往里分别为copper，ε2＝5ε0, ε3＝3ε0和lead。
（3）定义边界、源、气球。如下图所示，分别为外层0V，内层100V，外界为气球。
（4）求解量的设定。外圈接地。
（5）网格的生成。
到现在为止建模任务已经完成。如下图。
（6）问题的求解
1）E分布的图形。
2）D分布的图形。
3）静电能量分布的图形。
4）电容的计算。
可知，计算所得的电容为2.0324E-10 F，与计算结果相符。
三、学习心得
刚开始接触Ansoft时，感觉很困难，但是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。
在进行静电场仿真的时候，我也遇到了许多的问题。
比如说，不知道还要设定气球边界，结果使左后生成的图只是集中在画图的小区域中，而气球边界是用来模拟无限大的求解区，可以有效的隔绝模型外的电荷源或电压源。再比如说，一些参数的设定上，在最后生成矢量图的时候，由于size与spacing的设定不好，出现了箭头过疏与过密的问题；其他参数的设定，一般情况下，我都是用系统的建议值。
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。
同轴电缆的电场3D仿真 目录 1.课程设计的目的与作用 (1) 1.1设计目的 (1) 2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍 (1) 2.1设计任务 (1) 2.2 Maxwell软件环境 (2) 3.电磁模型的建立 (2) 3.1建模并设计模型属性 (2) 3.2选择求解器类型 (2) 3.3建立内心圆柱模型 (3) 3.4设置材料属性 (5) 3.5设定激励源 (5) 3.6设置计算参数 (6) 3.7检验所有设置是否正确并求解 (8) 4.电磁模型计算及仿真结果后处理分析 (8) 4.1电场强度分布 (8) 4.2电通密度分布 (10) 4.3电位分布 (11) 4.4电能量的计算 (12) 5.设计总结和体会 (14) 6.参考文献 (14)
1.课程设计的目的与作用 1.1设计目的： 本次课设是同轴电缆的电场仿真，通过设计与仿真验证理论的真实性，以便使我们更好的理解实体的理论，才能更好的深度学习电磁场的知识。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：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。 2.设计任务及所用Maxwell软件环境介绍 2.1设计任务：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）(3.40,0.0051)。 （1）内导体电势为380V，外导体电势为0。
《电磁场与电磁波》仿真实验 2016年11月
《电磁场与电磁波》仿真实验介绍 《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用 MATLAB 仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。 本课程仿真实验包含五个内容： 一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 二、单电荷的场分布 三、点电荷电场线的图像 四、线电荷产生的电位 五、有限差分法处理电磁场问题
目录 一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 (4) 二、单电荷的场分布 (10) 三、点电荷电场线的图像 (1) 2 四、线电荷产生的电位 (14) 五、有限差分法处理电磁场问题 (17)
实验一电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 一、实验目的 1. 掌握Matlab仿真的基本流程与步骤； 2. 掌握Matlab中帮助命令的使用。 二、实验原理 （一）MATLAB运算 1.算术运算 (1)．基本算术运算 MATLAB的基本算术运算有：＋(加)、－(减)、*(乘)、/(右除)、\(左除)、^(乘方)。 注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个数据的算术运算只是一种特例。 (2)．点运算 在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以叫点运算。点运算符有.*、./、.\和.^。两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。 例1：用简短命令计算并绘制在0≤x≦6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。 程序：x=linspace(0,6)
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。 复制长方体：展开绘图历史树的 Model\Vacuum\Tee节点，右键点击Tee项，选择 Edit\Duplicate\Around Axis，在弹出对话窗的Axis项选择Z，在Angel项输入90deg，在 Total Number 项输入2，点OK，则复制、添加一个长方体，默认名为TEE_1。重复以上步骤，在Angel项输入-90，则添加第3个长方体，默认名Tee_2.
期末大作业 题目：简单直流致动器 ANSYS电磁场分析及与ansoft仿真分析结果比较作者姓名：柴飞龙 学科（专业）：机械工程 学号：21225169 所在院系：机械工程学系 提交日期2013 年 1 月
1、 背景简述： ANSYS 软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用软件有限元分析软件，是现代产品设计中的高级CAE 工具之一。而ansoft Maxwell 软件是一款专门分析电磁场的分析软件，如传感器、调节器、电动机、变压器等。 本人在实验室做的课题涉及到电机仿真，用的较多的是ansoft 软件，因为其对电机仿真的功能更强大，电机功能模块更多，界面友好。 现就对一电磁场应用实例，用ANSYS 进行仿真分析，得到的结果与ansoft 得到的结果进行简单核对比较。 2、 问题描述： 简单直流致动器由2个实体圆柱铁芯，中间被空气隙分开的部件组成，线圈中心点处于空气隙中心。衔铁是导磁材料，导磁率为常数（即线性材料，r μ=1000），线圈是可视为均匀材料，空气区为自由空间（1=r μ），匝数为2000，线圈励磁为直流电流：2A 。模型为轴对称。 3、 ANSYS 仿真操作步骤： 第一步：Main menu>preferences
第二步：定义所有物理区的单元类型为PLANE53 Preprocessor>Element type>Add/Edit/Delete 第三步：设置单元行为 模拟模型的轴对称形状，选择Options（选项） 第四步：定义材料 Preprocessor>Material Props> ?定义空气为1号材料(MURX = 1) ?定义衔铁为2号材料(MURX = 1000) ?定义线圈为3号材料(自由空间导磁率，MURX=1)
武汉大学 工程电磁场及高电压综合实验
一、题目 有一极长的方形金属槽，边宽为1cm，除顶盖电位为100sinπxV外，其他三面的电位均为零，试用差分法求槽内电位的分布。 二、解题原理：均匀媒质中的有限差分法 我们在求解场的分布时，当边界形状比较复杂时，解析分析法不再适合了，我们可以采用数值计算的方法，数值计算法的基本思想，是将整体连续的场域划分为若干个细小区域，一般称之为网格或单元，如图1所示，然后用所求的网格交点（一般称为节点或离散点）的数值解，来代替整个场域的真实解。因而数值解，即是所求场域离散点的解。虽然数值解是一种近似解法，但当划分的网格或单元愈密时，离散点数目也愈多，近似解（数值解）也就愈逼近于真实值。 实解。在此处键入公式。 图1场域的剖分，网格节点及步长
(一）、场域的剖分、网格节点及步长 由边界Γ所界定的二维平行平面场（见图1），若采用直角坐标系则可令该场处在xoy 平面内。 所谓场域的剖分就是场域的离散化，即将场域剖分为若干个网格或单元。最常见最简单的剖分为正方形剖分，这种剖分就是在xy 平面上作许多分别与x 轴及y 轴平行的直线，称为网格线。网格线的交点称为节点或离散点，场域内的节点称为内节点，场域边界上的节点称为边界节点。两相邻网格线间距离称为步长，一般以h 表示。若步长相等则整个场域就被剖分为许多正方形网格，这就是正方形剖分。节点（离散点）的布局不一定采用正方形剖分，矩形剖分也常采用，正三角形剖分偶尔也被应用，不过最常见的最简单的仍然是正方形剖分。 （二）、差分与微分 从前面的分析可知，稳恒电、磁场的求解问题，归根到底是求解满足给定边界条件的偏微分方程（泊松方程或拉普拉斯方程）的解的问题所谓差分方法，就是用差商近似代替偏微商，或者说用差分代替微分，从而把偏微分方程转换为差分方程，后者实际上为代数方程。因此这种转化有利于方程的求解。 下面分别对一阶及二阶的差分公式进行推导。首先回顾有关偏导数的定义，有 00(,)(,)(,)(,) lim lim x x f f x x y f x y f x y f x x y x x x →→?+---==? (1) 因此当|x| 充分小时，可近似地用(,)(,)f x x y f x y x +- 或(,)(,) f x y f x x y x -- 代 替 f x ??，所谓差分公式，即是基于上述观点推得的。 设图1所示场域中的位函数为A ，任取一网格节点0，它在xy 平面上的坐标为（x ,i i y ），记节点0的矢量磁位为,i j A ，并把与节点0相邻的其他四个节点1、2、3、4的矢量磁位分别记为1,i j A +、,1i j A +、1,i j A -、,1i j A -，将节点0处函数A 的 一阶偏微商A x ??，用1、0两点函数值的差商1,,i j i j A A h +-近似代替，则有
Maxwell 静电场中同轴电缆的3D 仿真 电气1008班 研究题目： 单心电缆有两层绝缘体，分界面为同轴圆柱面。 已知R 1=10mm,R 2=20mm,R 3=30mm,R 4=31mm,内导体为copper ，外导体为lead ，中间的介质ε1＝5ε0, ε2＝3ε0, ,内导体U=100V ，外导体为0V 求：电位，电场强度，电位移随半径的变化，单位长度电容和电场能量。 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。 解： 设同轴电缆内、外层导体分别带电+τ、-τ。 由高斯定理：在介质中?=?S d S D τL 所以D= πρ τ 2 2 32 1 21 21ln 2ln 23 2 2 1 ρρπε τ ρρπε τ ρρρρρρ+ = + = ? ? d E d E U 所以2 32 1 21 ln 1 ln 1 2ρρερρεπτ+ = U R1 R2 R4 R3 ε1 ε2 (2)D l l πρτ=111 22222D E D E τεπρετεπρε== ==
代入E 1，E 2 ρρεερρρ+ = U E ) ln ln (2 31 21 22ρρρρεερ+= U E 代入具体数值，得到E 1 = ρ 05 .73，E 2 = ρ 75 .121 由?=?3 ρρ EdL 可得电位?1 =268.1-73 ln ρ，?2 =414.1-121.8 ln ρ 电场能量：W=DEdv V ?2 1 =5.0775×10-7 J/m D= πρ τ 2= ) ln 1 ln 1 ( 2 32 1 21 ρρερρερ+ U = ρ -9 10 ×3.23(ρ单位为m) C= =U τ L L =+ 2 32 1 21 ln 1 ln 1 2ρρερρεπ 1.0155×10 -10 F 用ansfot 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、建模并设置模型属性 1，打开Ansoft Maxwell ，单击project ，选择Insert Maxwell 3D Design 建立一个3D 模型 2，选择求解器类型：选择电场—静电场（Maxwell 3D > Solution Type>Electrostatic ）
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。 复制长方体：展开绘图历史树的Model\Vacuum\Tee节点，右键
电磁场与电磁波大作业 学院：电子工程学院 班级：021231 指导老师：侯建强 组长： 组员：
基于MATLAB的电磁场数值分析 摘要使用计算机进行电磁场数值分析已成为电磁场的工程开发、科研和教学的重要手段。本文介绍了电磁场数值分析的基本理论，并且基于MATLAB PDE工具箱实现了的静态场的边值型问题的求解。实验结果表明，MATLAB使电磁场问题的求解迅速、简单、方便。 关键词：MATLAB 数值分析法边值型问题 Electromagnetic Field Numerical Analysis Based on MATLAB Abstract:Using computers to analyze electromagnetic field has been an important method of the development of projects, research and teaching. The essay introduces some basic theories of electromagnetic field numerical analysis. And basing on MATLAB PDE tool, the electromagnetic field boundary value problem has been solved. Furthermore, the results show that it is easier, more prompt and more convenient to figure it out with the software, MATALAB. Keywords: MATLAB, Electromagnetic Field Numerical Analysis, boundary value problem
A N S O F T建模 1、在ANSOFT软件中建立电机模型 第一步、在ANSOFT绘制电机模型 第二步、选择“Modeler”菜单下的“Export”项会出现下面的窗口 选择保存为“step”格式的文件。这时可以退出ANSOFT软件。 ANSYS仿真 一、稳态温度仿真 第一步创建稳态温度仿真模型 第二步、添加材料及属性，属性主要为“导热系数” 选择“Engineering data”→”Edit” 开始添加材料 第三步、添加完材料后，导入在ANSOFT下创建的电机模型，选择“Geometry”按下面选项选择 选择ANSOFT下保存的“step”格式的电机模型 第四步、导入模型后，给模型添加材料。选择“Model”→”Edit” 进入下面的窗口，按下面的步骤给电机的各个部分选择对应的材料。 第五步、添加完材料后，返回主窗口，更新修改后的工程文件 如果没有问题， 会变为 第六步、添加热载荷 首先添加自由度，在温度场分析中选择为温度，按下面窗口选择。 接下来，编辑温度，并选择应用区域，这儿定义整个模型的初始温度相同。 下面添加热载荷，按下面的窗口选择，这里选择“热生成率”。 编辑添加的热生成率数值，并选择应用区域，这儿选择所有的绕组。 添加完载荷后，更新一下工程文件，通过后，可以选择“Solve”进行求解。 如果求解成功后，左边的窗口会变成右边的窗口。 第七步、查看仿真结果。按下面的窗口选择观察变量。 二、瞬态温度仿真 第一步、建立瞬态温度分析模型 第二步、添加材料及属性，方法与稳态时相同。但材料的属性不同，这里需要添加材料的“密度”、“导热系数“、“比热容”。“Toolbar”窗口如下。 按照各个选项添加数据。 除了添加载荷不同，接下来的步骤与稳态时相同。 设置仿真步数为多步。 按下窗口设置载荷数据，设置为“阶梯数据”。 1 / 1
工程电磁场实验报告 姓名： 学号： 联系式： 指导老师：
实验一螺线管电磁阀静磁场分析 一、实验目的 以螺线管电磁阀静磁场分析为例，练习在 MAXWELL 2D 环境下建立磁场模型，并求解分析磁场分布以及磁场力等数据。 二、主要步骤 a) 建立项目：其中包括生成项目录，生成螺线管项目，打开新项目 与运行MAXWELL 2D。 b) 生成螺线管模型：使用MAXWELL 2D 求解电磁场问题首先应该选择求解 器类型，静磁场的求解选择Magnetostatic，然后在打开的新项目中定义画图平面，建立要求尺寸的螺线管几模型，螺线管的组成包括 Core 、Bonnet 、Coil 、Plugnut、Yoke。 c) 指定材料属性：访问材料管理器，指定各个螺线管元件的材料，其中部分 元件的材料需要自己生成，根据给定的BH 曲线进行定义。 图1 元件材料 图2 B-H曲线 d) 建立边界条件和激励源：给背景指定为气球边界条件，给线圈Coil 施加电 流源。 e) 设定求解参数：本实验中除了计算磁场，还需要确定作用在螺线管铁心上 的作用力，在求解参数中要注意进行设定。
f) 设定求解选项：建立几模型并设定其材料后，进一步设定求解项，在对话 框Setup Solution Options 进入求解选项设定对话框，进行设置。 三、实验要求 建立螺线管电磁阀模型后，对其静磁场进行求解分析，观察收敛情况，画各种收敛数据关系曲线，观察统计信息；分析 Core 受的磁场力，画磁通量等势线，分析P lugnut 的材料磁饱和度,画出其B H 曲线。通过工程实例的运行，掌握软件的基本使用法。 四、实验结果 1.螺线管模型 图3 2.自适应求解 图4 收敛数据
电磁场ansoft软件应用作业 ——静电场部分 TYP 电气0906 09291183
一、题目 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ansfot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
二、解答 1、解析法： 在介质中取任意点P ，设它到电缆中心距离为r 。过P 点作同轴圆柱面，高为l 。该面加上上下两底面作为高斯面S 。 D rl S d D S )2(π=?? ε 1 1D E = ε 2 2D E = ??+=R R dr R R dr U E E 322121 将方程联立，代入数据解得： m V r E /05.731≈ ，m V r E /75 .1212≈ 所以 12 9 2 1158.8573.05 3.23/1010D C r r m E ε--???=?== 电位 r R R R dr dr l d E r r E E ln 05.7341.236232211 --=?+?=?=??? ∞ ? V r R dr l d E r r E ln 75.12192.426322 --=?=?=?? ∞ ? V 电场能量 9 7 2 11 3.23 1.181173.05221010e D r r E r ω--??=?=??=3 J m 9 7 2 22 3.23 1.9711121.752210 10e D r r E r ω--??=?=??=3 J m 单位长度电场能量 231277632 12 12 222(1.18ln 1.97ln ) 1.02101010e e e R R rdr rdr J m R R R R W R R πππωω---=+=???+??=???单位长度电容 6 1022 22 1.0210 2.0410100e W C F m U --??===?
微机原理第一次上机大作业
第一次上机 一、实验目的 1. 熟练掌握8086/8088的各种寻址方式及应用。 2.掌握DEBUG调试程序中的一些常用命令的使用方法，为以后 的实验打下基础。 二、实验仪器 586微机一台 三、实验内容 1．关于数据的寻址方式练习 8086/8088 提供多种方式实现操作数寻址，大体可分为7种： a. 立即寻址 b. 寄存器寻址 c. 直接寻址 d. 寄存器间接寻址 e.寄存器相对寻址 f. 基址变址寻址 g. 基址变址且相对寻址 掌握8086/8088的这些寻址方式，是学习汇编语言编程的关键。因此，我们编写了下面的程序段，以数据传送指令为例，列举了部份寻址方式，请同学们按下列要求认真完成。 [1] 在全屏幕编辑软件下，建立以下汇编语言源程序:
STACK SEGMENT STACK DB 0B0H, 0B1H, 0B2H, 0B3H, 0B4H, 0B5H, 0B6H, 0B7H, DB 0B8H, 0B9H DB 0BAH, 0BBH, 0BCH, 0BDH, 0BEH, 0BFH DB 10H DUP(00) STACK ENDS DATA1 SEGMENT DB 0A0H, 0A1H, 0A2H, 0A3H TABLE DW 0A5A4H DB 0A6H, 0A7H, 0A8H, 0A9H, 0AAH, 0ABH DB 0ACH, 0ADH, 0AEH, 0AFH DATA1 ENDS DATA2 SEGMENT DB 0C0H, 0C1H, 0C2H, 0C3H, 0C4H, 0C5H, 0C6H, 0C7H DB 0C8H ,0C9H, 0CAH, 0CBH, 0CCH, 0CDH, 0CEH, 0CFH DATA2 ENDS CODE SEGMENT ASSUME CS:CODE, DS:DATA1, ES:DATA2, SS:STACK START：MOV AX, DATA1 MOV DS, AX MOV AX, DATA2 MOV ES, AX MOV BX, 0004H MOV CX, 0005H MOV BP, 0003H MOV SI, 0002H MOV DI, 0001H MOV AX, CX ;以下指令按后表要求完成 MOV AX, 500H MOV AX, TABLE MOV AX, ES:[BX]
同轴电缆电场的仿真---2D仿真器同轴电缆电场的 仿真---2D仿真器 目录 同轴电缆电场的仿真---2D仿真器同轴电缆电场的仿真---2D仿真器 (1) 1.题目概述 (2) 1.1题目：同轴电缆电场的仿真---2D仿真器 (2) 1.2 设计目的： (2) 1.3设计作用： (2) 1.4 Maxwell软件环境： (3) 2．设计与仿真 (3) 2.1绘制过程与参数设置： (4) 2.2仿真过程 (8) 2.2.1电位，电场强度，电位移分布 (8) 2.2.2计算电容 (15) 2.2.3计算电场能量 (17) 3．计算结果处理分析 (18) 4. 设计总结和体会 (19) 5．参考文献 (19)
1.题目概述 1.1题目：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 R 1=10mm,R 2 =20mm,R 3 =30mm,R 4 =31mm,内导体为copper，外导体为lead，中间的介质ε 1 ＝5ε 0, ε 2 ＝3ε 0, , 内导体外导体的电位分别为：内导体U=380V，外导体为-380V。 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 图1.1 同轴电缆 1.2 设计目的： 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。 1.3设计作用： 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。
《电磁场与电磁波》仿真实验
2016年11月 《电磁场与电磁波》仿真实验介绍 《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用MATLAB仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。 本课程仿真实验包含五个内容： 一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 二、单电荷的场分布 三、点电荷电场线的图像 四、线电荷产生的电位 五、有限差分法处理电磁场问题
目录 一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门......... (4) 二、............................................................ 单电荷的场分布 1O 三、........................................................ 点电荷电场线的图像 12- 四、................................................................ 线电荷产生的电位............................................................. : ..... 14 - 五、....................................................................... 有限差分法处理电磁场问题17…
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=10 H2=15 H3=20 R0=0.01 U1=1 U2=2 U3=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）。点 击ok，关闭单元类型选择库对话框，此时在单元类型对话框中显示所添加的单元类型“Type 1 PLANE121”，表示单元类型添加成功，点击Close 按钮，关闭对 话框。 (command: ET,1,PLANE121)
电磁场大作业
一、画出线极化、圆极化、椭圆极化平面波图形 1.线极化 Y X Y clc;clear;close; t=0:0.01:4*pi; z=0:0.01:4*pi; Exm=1;Eym=3; w=2;k=1;Fy=pi; %%线极化 subplot(1,2,1) Ex=Exm*cos(w*t-k*z+Fy); Ey=Eym*cos(w*t-k*z+Fy); plot3(Ex,z,Ey) title('?????ˉ') grid Xlabel('X') Ylabel('Z') Zlabel('Y') subplot(1,2,2) Ex=Exm*cos(w*t+Fy); Ey=Eym*cos(w*t+Fy); plot(Ex,Ey) title('?????ˉ') grid Xlabel('X') Ylabel('Y') 2.圆极化 Y X Y
clc;clear;close; t=0:0.01:4*pi; z=0:0.01:4*pi; Em=2; w=2;k=1;Fy1=pi;Fy2=2*pi; %%圆极化ˉ subplot(1,2,1) Ex=Em*cos(w*t-k*z+Fy1); Ey=Em*sin(w*t-k*z+Fy2); plot3(Ex,z,Ey) grid Xlabel('X') Ylabel('Z') Zlabel('Y') subplot(1,2,2) Ex=Em*cos(w*t+Fy1); Ey=Em*sin(w*t+Fy2); plot(Ex,Ey) grid Xlabel('X') Ylabel('Y') 3.椭圆极化 Y X Y clc;clear;close; t=0:0.01:4*pi; z=0:0.01:4*pi; Emx=2;Emy=3; w=2;k=1;Fy1=3;Fy2=4; %%椭圆极化 subplot(1,2,1) Ex=Emx*cos(w*t-k*z+Fy1); Ey=Emy*sin(w*t-k*z+Fy2); plot3(Ex,z,Ey) grid Xlabel('X') Ylabel('Z') Zlabel('Y') subplot(1,2,2) Ex=Emx*cos(w*t+Fy1); Ey=Emy*sin(w*t+Fy2); plot(Ex,Ey) grid Xlabel('X') Ylabel('Y')
电磁场仿真软件简介 随着电磁场和微波电路领域数值计算方法的发展，在最近几年出现了大量的电磁场和微波电路仿真软件。在这些软件中，多数软件都属于准3维或称为维电磁仿真软件。例如，Agilent公司的ADS（Advanced Design System）、AWR公司的Microwave Office、Ansoft公司的Esemble、Serenade和CST公司的CST Design Studio等。目前，真正意义上的三维电磁场仿真软件只有Ansoft公司的HFSS、CST公司的Mafia、CST Microwave Studio、Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE。从理论上讲，这些软件都能仿真任意三维结构的电磁性能。其中，HFSS （HFSS是英文高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator）的缩写）是一种最早出现在商业市场的电磁场三维仿真软件。因此，这一软件在全世界有比较大的用户群体。由于HFSS进入中国市场较早，所以目前国内的电磁场仿真方面HFSS的使用者众多，特别是在各大通信技术研究单位、公司、高校非常普及。 德国CST公司的MicroWave Studio（微波工作室）是最近几年该公司在Mafia软件基础上推出的三维高频电磁场仿真软件。它吸收了Mafia软件计算速度快的优点，同时又对软件的人机界面和前、后处理做了根本性的改变。就目前发行的版本而言，CST 的MWS的前后处理界面及操作界面比HFSS好。Ansoft也意识到了自己的缺点，在刚刚推出的新版本HFSS（定名为Ansoft HFSS ）中，人机界面及操作都得到了极大的改善。在这方面完全可以和CST媲美。在性能方面，两个软件各有所长。在速度和计算的精度方面CST和ANSOFT成绩相差不多。值得注意的是，MWS采用的理论基础是FIT（有限积分技术）。与FDTD（时域有限差分法）类似，它是直接从Maxwell方程导出解。因此，MWS可以计算时域解。对于诸如滤波器，耦合器等主要关心带内参数的问题设计就非常适合；而HFSS采用的理论基础是有限元方法(FEM)，这是一种微分方程法，其解是频域的。所以，HFSS如果想获得频域的解，它必须通过频域转换到时域。由于，HFSS是用的是微分方法，所以它对复杂结构的计算具有一定的优势。 另外，在高频微波波段的电磁场仿真方面也应当提及另一个软件：ANSYS 。ANSYS 是一个基于有限元法(FEM)的多功能软件。该软件可以计算工程力学、材料力学、热力学和电磁场等方面的问题。它也可以用于高频电磁场分析（应用例如：微波辐射和散射分析、电磁兼容、电磁场干扰仿真等）。其功能与HFSS和CST MWS类似。但由于该软件在建模和网格划分过程中需要对该软件的使用规则有详细的了解，因此，对一般的工程技术人员来讲使用该软件有一定困难。对于高频微波波段通信、天线、器件封装、电磁干扰及光电子设计中涉及的任意形状三维电磁场仿真方面不如HFSS更专业、更理想。实际上，ANSYS软件的优势并不在电磁场仿真方面，而是结构静力/动力分析、热分析以及流体动力学等。但是，就其电磁场部分而言，它也能对任意三维结构的电磁特性进
综合研究课题 1.1873年，英国物理学家麦克斯韦出版了巨著《A Treatise on Electricity and Magnetism》,集中总结了他的电磁场理论。提出了电磁场方程组，预言了电磁波的存在，指出了电磁波与光波的同一性。搜索此原文，精读并撰写学习体会。 2.“场”的概念是哪位科学家首先提出？（1850，M. Faraday）,搜 索资料详细叙述。 3.电磁场理论可用于产品的概念设计。比如，超导磁共振成像的均 匀强磁场获得。搜索资料，阐述某一产品设计概念设计中，用到的电磁场理论基础知识。 ~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~ 4.编制程序绘制电偶极子的电场与电位3D和2D空间分布图。 5.证明金属导体内的电荷总是迅速扩散到表面，弛豫时间？ 6.实例展示静电场比拟法的2D和3D应用。 7.求置于无限大接地平面导体上方距导体面h处的点电荷q的电 位，绘制电位分布图；并求解、绘制无限大接地平面上感应电荷的分布图。 8.沿z向分布无限长线电荷等距置于x=0平面两侧，距离d，线密 度分别为ρl ，-ρl，求解电位且绘制等位面方程。 9.横截面如图所示的导体长槽，上方有一块与槽相互绝缘的导体盖 板，截面尺寸为a×b=10×10cm，槽体的电位为零，盖板的电位为U0=100V，采用有限差分法求此区域内的电位并绘制等位线。
10.设计计算机程序绘制无耗、无界、无源简单煤质中的均匀平面电 磁波传播的三维分布图（动态、静态均可） 11.设计计算机程序绘制良导体中均匀平面电磁波传播的三维分布图 （动态、静态均可），以及场强随集肤深度的变化规律。 12.编制计算机程序，动态演示电磁波的极化形式。对于均匀平面电 磁波，当两个正交线极化波的振幅与初相角满足不同条件时，合成电磁波的电场强度矢量的模随时间变化的矢端轨迹。 13.以常用金属体（比如，铜、铝）为研究目标，讨论其表面电阻， 并计算绘制电磁波（电流密度）在其中传播时的衰减值及其变化规律。 14.编制程序，以演示均匀平面电磁波的垂直入射(向理想导体的垂直 入射,向理想介质的垂直入射)。 15.推导并绘制一个半波长正交偶极子天线方向图（2D、3D），和三 个半波长正交偶极子天线方向图（2D、3D）。 综合研究课题要求： 1、每个同学任意选择其中十道题，考试前提交电子版以及纸质版 综合研究课题报告 2、综合研究课题报告首页，必须有完整的个人信息
问题1 截面为正方形的无限长线电荷如下图所示。设电荷面密度为02πε；边长2a =。 请采用Matlab 的PDETool 工具箱仿真区域oABC 的电磁场分布。说明场的边值问题，给出边界oA 、AB 、BC 、Co 上的边界条件。 问题1求解 由对称性知，边界Co 上的边界条件是0?=，边界oA 上的边界条件是0n ??=? 。当区域oABC 足够大时，边界AB 、BC 可视为距离线电荷无穷远，边界条件也是0?=。因此可以根据边界条件利用Matlab 的PDETool 工具箱仿真区域oABC 的电场分布。
如图，矩形R1表示处于区域oABC中的部分线电荷，以20×20的矩形R2表示区域oABC。则R1内有电荷，设为泊松方程： R2-R1内无电荷，设为拉普拉斯方程：
再分别设置AB 、BC 、Co 上的边界条件为0?=： 设置oA 上的边界条件为0n ? ?=? ： 再经过剖分求解，得到以下仿真结果。
以上结果是假设区域oABC的大小为20×20得出的，可以看出Co、oA上的电场线分布是符合实际的，但不能确定在20×20的大小内AB、BC是否已经距离线电荷足够远以至可以?=，因此，再仿真一个大小为100×100的结果进行对比： 认为0
可以看出，在20×20的范围内AB 、BC 上的边界条件并不满足0?=的条件。所以对于本题，区域oABC 越大，仿真结果与实际越相符。 问题2 请采用Matlab 的PDETool 工具箱对下列场进行仿真。 问题2求解 (a). 左边界和下边界的边界条件都是0?=。当上边界和右边界无穷大时，边界条件也是0?=。无限长导体棒的边界条件为10?=。区域内无电荷，应用拉普拉斯方程。 仿真结果如下：