#1?課程設計的目的與作用1.1設計目的電磁場與電磁波課程理論抽象、數學計算繁雜，將Maxwell軟件引入教學中，通過對典型電磁產品的仿真設計，并模擬電磁場的特性，將理論與實踐有效結合，強化學生對電磁場與電磁波的理解和應用，提高教學質量1?2設計作用電磁場與電磁波主要介紹電磁場與電磁波的發展歷史、基本理論、基本概念、基本方法以及在現實生活中的應用，內容包括電磁場與電磁波理論建立的歷史意義、靜電場與恒流電場、電磁場的邊值問題、靜磁場、時變場和麥克斯韋方程組、準靜態場、平面電磁波的傳播、導行電磁波以及諧振器原理等。全書沿著電磁場與電磁波理論和實踐發展的歷史脈絡，將歷史發展的趣味性與理論敘述和推導有機結合，同時介紹了電磁場與電磁波在日常生活、經濟社會以及科學研究中的廣泛應用。書中的大量例題強調了基本概念并說明分析和解決典型問題的方法；每章末的思考題用于測驗學生對本章內容的記憶和理解程度；每章的習題可增強學生對于公式中不同物理量的相互關系的理解，同時也可培養學生應用公式分析和解決問題的能力。2設計任務及所用Maxwell軟件環境介紹2.1設計任務平行雙線的電場仿真如圖1所示，兩長直導線相距400mm,導線半徑20mm，其材料（material）是鐵（iron），場域中介質是空氣（air）（￡=1.006，丫二0）。其中：一導線電勢為5000V，另一支導線電勢為0；求：計算平行雙線周圍的電場分布，并計算單位長電容。2.2Maxwell軟件環境：AnsoftMaxwell是低頻電磁場有限元仿真軟件，在工程電磁領域有廣泛的應用。它基于麥克斯韋微分方程，采用有限元離散形式，將工程中的電磁場計算轉變為龐大的矩陣求解，使用領域遍及電器、機械、石油化工、汽車、冶金、水利水電、航空航天、船舶、電子、核工業、兵器等眾多行業，為各領域的科學研究和工程應用作出了巨大的貢獻.3電磁模型的建立3.1建模Project>InsertMaxwell2DDesignFile>Saveas>liuhui（工程命名為“liuhui”）

圖2選擇求解器類型：Maxwell>SolutionType〉Electric>ElectrostaticSolutionType:Prqject2-Maxwell2DDesignlGeometryMode:|Cartesian,Xy1Magnetic:rMagnetostaticrEddyCurrentrTransientElectric:席:Electrostatic■.:rACConductionrDCConduction冰|CancelI創建左導線Draw>Circle左導線起點：(X,Y,Z)=(0,0,0)坐標偏置：(dX,dY,dY)=(20,20,0)圖4AssignMaterial>鐵(iron)圖5創建右導線Draw>Circle右導線起點：(X,Y)=(400,0,0)坐標偏置：(dX,dY,dZ)=(20,20,0)圖6AssignMaterial>鐵(iron)圖7創建場域中介質Draw>Rectangle場域起點：(X,Y,Z)=(400,100,0)坐標偏置：(dX,dY,dZ)=(-400,-100,0)圖8AssignMaterial>空氣（air）（s二1.006，丫=0）。圖93.2.設置激勵選中左導線Maxwell2D>Excitations>Assign>Voltage>5000VVoltageExcitationName:|Voltage1ParametersUseDefaults圖10選中右導MaxwellOK2D>Excitations~>Assgn>Voltage>0VCancelVoltageExcitationUseDefaultsOKCancel圖114電磁模型計算及仿真結果后處理分析4.1電磁模型計算設導線表面單位長度帶電+入,-入兩線間任意點p的場強:九2兀g（d一x）000單位長度電容：C==q九1d=冗'd=4.1838pFUAln（d）ln（d）兀gaa04?2軟件仿真4.2.1參數設置設置計算參數：Maxwell2D>ParametersMaxwell2D>ParametersVoltage2

Voltage2圖圖12S3設置自適應計算參數:S3Maxwell2D>AnalysisSetup>AddSolutionSetup最大迭代次數：Maximumnumberofpasses>10誤差要求：PercentError>1%每次迭代加密剖分單元比例：RefinementperPass>30%SolveSetup|Setup3General|Convergence|Advanced|Defaults||Setup3Name:AdaptiueSetupMaximumNumberofFasseFercentErroiSolveFieldsOiSolveMatrin^AfterlaztpOnlyconverg圖13UseDefault確定取消|丨PropertiesName4.2.ValuENameNateri：alSolveI...Oi'ienta...ModelDisplay...*IjEI卜AttributjLCommmd丨[+]^jji]czb[+]^jji]czbcj：/)czb-Maxwell2DDesigrd-Setup2:SolvingforElectrostaticadaptivepass3onLocalMachine-RUNNINGSendingsolutionfile:/mesh」st圖154.3軟件仿真結果4?3?1Voltage,E,D及Energy的分布檢查完畢后，Maxwell2D>Fields>Fields,分別選擇Voltage,E,D，還有Other>Energy.VoltageEV]0000B+0036875E+0033750E+0030625E+0037500b+9034375e+00312506+0038125e+003■5000B+0031875E+003S750e+0035625e+00325006+00337506+0022-500B+0021250E+0020000B+000D[C/mrt2]2.85486-0072.6765e-0072.4982e-0072.3199e-0072.1416e-0071.9633e-0071.78506-0071.6067e-0071.斗28斗總一0071.25016-0071.071Se-0078.9352e-0087.1523e-0085.3693e-0083.5863e-0081.8033e-0082.0368e-010Energy4.6035e-0034.3158e-0034.0280e-0033.7403e-0033.4526e-0033.1649e-0032.8772e-0032.5895e-0032.3017e-0032.01406-0031.7263e-0031.4386e-0031.1509e-0038.6316e-0045.7545e-0042.8773e-0041.6186e-0S822236+03461818+00441676+00421.53e+00401396+00440986+00420846+0040070b+00405576+00304186+00300006+000S209e+0348195b+00402796+00301398+00381256+004eniB+eWE[V/m]圖164.3.1雙導線中心連線的電場分布繪制雙導線中心連線，Draw>Line,以左邊導線的中心為起點，右邊導線中心為中點繪制中心連線。Maxwell2D>ResuIts>CreateFieldsReport>RectangularPlot,Geometry>Polyine1,再分別選擇Voltage,E,D,Energy。

AnsoftLLC500000XYPlot2AnsoftLLC500000XYPlot2Maxwell2DDesign1圖18由上面電壓變化曲線圖可知：從左邊導線中心到28mm時候，電壓保持在5000V,沒有發生改變；從372mm處到400mm之間，電壓保持在0V不變;而在28mm到372mm之間，電壓隨距離的變化呈線性遞減。AnsoftLLCXYPlot3Maxwell2DDesign1AnsoftLLCXYPlot3Maxwell2DDesign1圖19AnsoflLLCXYPlot4AnsoflLLCXYPlot4Maxwell2DDesign1圖20AnsonLLUXYPlot5MaxwellZDUesign1圖21圖19,圖20,圖21分別為場強，電位移密度，能量變化圖。有以上圖可以明顯的看出：在從左邊導線中心到28mm之間，以上三值均為0；從372mm處到400mm之間，以上三值也均為0;而從28mm到372mm之間，三條曲線均保持同一個變化規律：先遞減，中間有一段平衡距離，隨后遞增。4.3.3計算單位長電容Maxwell2D>Fields>Calcalator,Input>Quantity>Energy,Geoemtry>AllOblects,Scalar的積分號，Output>Eval.FieldsCalculatorNamedExpressionsVoltageSmooth(VOLTAGE)MagLEMag(Smooth(<E)]MagLDMag(Smooth(<D乩DyNamedExpressionsVoltageSmooth(VOLTAGE)MagLEMag(Smooth(<E)]MagLDMag(Smooth(<D乩Dy』》]]E_VectorSmooth(<E^Ey/0>)D_VectorSmooth(<Dx/D^0>)NameExpressionLibrary:CopvtostackSaveTo...匚le引All|Scl:0S2E-OO5Scl:IntegratelVolumefAIIObiects),energy)PushIPopInputRIUpIGeneralRIDnScalarExchVectorClearUndoOutputQuantity由圖可知，能|+Vec?+Seal?±-1/xMatl...PushIPopInputRIUpIGeneralRIDnScalarExchVectorClearUndoOutputQuantity由圖可知，能|+Vec?+Seal?±-1/xMatl...KPow=2】Mag/廠DotNegJ，t圖22CrossAbsd/d?+Divg:為0.00008174再由公式CW/V*Vi計算出1體Complex+Min+Tangent會omainMax+NormalVUnitVec+Constant+Number...Function...GeomSettingg...LnGeometry...電容值C=3.2pF.書本上通過這次課程設計，使我對電磁場電磁波這門課又重新的認識,其并不僅僅書本上的死知識，而是與生活緊密相連，就好比一個簡單地平行直導線，電壓，電位移分布并不僅僅是看上去那么簡單。經過這次課程設計后，使我懂得：理論與實際相結合的重要性,只有這樣，才能使得我們更好的掌握和運用所學的知識，從而提高學習興趣。6參考文獻：[1]蘇東林，陳愛新，謝樹果?電磁場與電磁波?北京：高等教育出版社，2009

[2]謝處方，饒克謹?電磁場與電磁波[M].4版?北京：高等教育出版社，2006TOC\o"1-5"\h\z1.課程設計的目的與作用11.1設計目的11.2設計作用12設計任務及所用Maxwell軟件環境介紹12.1設計任務12.2Maxwell軟件環境：23電磁模型的建立24電磁模型計算及仿真結果后處理分析85設計總結和體會146參考文獻,.4

課程設計任務書學院信息科學與工程專業電子信息工程學生姓名劉輝班級學號1103030215課程設計題目電磁場與電磁波仿真設計平行雙線的電場仿真一導線電勢為5000V，另一支導線電勢為0。實踐教學要求與任務：1）利用電磁場仿真軟件maxwell完成典型電磁產品仿真設計；2）完成幾何建模、材料選擇、邊界條件設置、加載激勵及場的求解等3）在maxwell環境下進彳丁仿真設計，并給