涡流场问题实例：磁偶极子天线的近区场计算.doc

电磁场与电磁波实验报告实验四 班级：通信2班 姓名：闫振宇 学号：1306030222 日期： 实验4 涡流场问题实例：磁偶极子天线的近区场计算1. 实验目的和任务a. 学习软件 Ansoft maxwell 软件的使用方法；b. 通过软件的学习掌握运用 Ansoft Maxwell 进行边界上的坡印廷矢量及其辐射电阻计算的流程；c. 理解并掌握辐射边界的使用。2. 实验内容1) 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；2) 会用 Ansoft Maxwell 后处理器和计算器对仿真结果分析；3) 恒定磁场力矩计算。3. 实验原理磁偶极子是类比电偶极子而建立的物理模型。具有等值异号的两个点磁荷构成的系统称为磁偶极子。磁偶极子受到力矩的作用会发生转动，只有当力矩为零时，磁偶极子才会处于平衡状态。利用这个道理，可以进行磁场的测量。但由于没有发现单独存在的磁单极子，故我们将一个载有电流的圆形回路作为磁偶极子的模型。利用磁偶极子模型计算给定区域内的涡流场问题。4 实验步骤4.1 建模（Model）Project Insert Maxwell 3D Design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)4.2 创建线圈DrawTorus中心点：（0,0,0）输入线圈的内径：（0.0095,0,0）输入线圈的外径：（0.001,0,0）将材料设置为Copper重命名为：coil4.3 创建计算区域RegionDrawSphere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图4-1 仿真模型4.4 创建激励电流加载面（Create Section）Select coilModeler Surface SectionSection 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”4.5 设置激励（Assign Excitation）选中线圈截面：currentMaxwell 3D Excitations Assign CurrentValue: 1.414Type: soild4.6 设置涡流效应和位移电流存在区域Maxwell Excitations Set Eddy Effects图4-2 设置涡流效应和位移电流存在区域4.7设置辐射边界 Radiation Boundary将region的半径表示为 l 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：1.5GHz图4-3 设置变量结果图按 f 键，改为面选择4.8 选中Region的外表面Maxwell Boundaries Assign Radiation4.9 设置表面剖分的近似原则选中外表面Maxwell Mesh Operations Assign Surface ApproximationMaximum surface deviation：ignoreSet maximum normal deviation (angle)：15 degSet aspect ratio：104.10 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Outside4.11 设置计算参数（Assign Executive Parameter）Maxwell 3D Parameters Assign Matrix4.12 设置自适应计算参数（Create Analysis Setup）Maxwell 3D Analysis Setup Add Solution Setup最大迭代次数： Maximum number of passes ： 5误差要求： Percent Error: 10%频率设置： Solver Adaptive Frequency: 1.5GHz5. 检查并运行Check & Run6. 计算结果6.1 计算辐射电阻创建平均Poynting矢量的计算表达式Maxwell 3D Fields CalculatorQuantity EQuantity HComplex Conj（取H矢量的共轭）Cross（叉乘操作）Complex Real（取实部）Number 0.5*点击AddNamed expressions PPDoneMaxwell Fields Calculator在Named Expressions栏中选中PoyntingCopy to stack（将pp的计算设置copy到Calculator堆栈中）Geometry Surface OutsideNormal（保留pp的法向分量）积分Eval（查看结果）6.2 查看阻抗矩阵Maxwell Results Solution Data图6-1 阻抗矩阵结果图6.3 查看辐射边界上的pp矢量图选中Region的外表面Maxwell Fields Fields Named Expression选中pp图6-2 辐射边界上的pp矢量图7. 心得体会本次的实验，感觉真的好麻烦，中间遇到很多的困难，有些地方的一个符号