辽工大电磁场与电磁波平板电容器实验报告 - 实验一

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电磁场与电磁波实验报告

实验一

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实验一静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真

1.实验目的

1．学习Ansoftmaxwell软件的使用方法。 2．复习电磁学相关的基本理论。

3．通过软件的学习掌握运用Ansoft Maxwell运行电磁场仿真的流程。

4．通过对对平板电容器电容计算仿真实验进一步熟悉Ansoft Maxwell软件的应用。

2.实验内容

1.学习Ansoftmaxwell有限元分析步骤

2.会用Ansoftmaxwell后处理器和计算器对仿真结果分析 3.对圆柱体电容器电容仿真计算结果与理论结果值进行比较

3.实验步骤

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：5V，下极板电压：0V。 要求计算该电容器的电容值 1.建模（Model）

Project > Insert Maxwell3D Design

File>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”） 选择求解器

类型：Maxwell > Solution Type>Electric>Electrostatic（静电的） 创建下极板六面体 Draw > Box

（创建下极板六面体）

下极板起点：（X,Y,Z）>（0,0,0） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）（25,25,0）

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坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2） 将六面体重命名为DownPlate

Assign Material>pec（设置材料为理想导体perfect conductor） 创建上极板六面体 Draw > Box

（创建下极板六面体）

上极板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 3） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0, 2） 将六面体重命名为UpPlate

Assign Material >pec（设置材料为理想导体perfect conductor） 创建中间的介质六面体 Draw > Box

（创建下极板六面体）

介质板起点：（X,Y,Z）>（0, 0, 2） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（25, 25,0） 坐标偏置：（dX,dY,dZ）>（0, 0,1） 将六面体重命名为medium

Assign Material > mica（设置材料为云母mica，）

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图3-1

2.创建计算区域（Region） Padding Percentage：0%

图3-2

电容器中电场分布的边缘效应

忽略电场的边缘效应（fringing effect）

3.设置激励（Assign Excitation） 选中上极板UpPlate,

Maxwell3D> Excitations > Assign（计划，分配）>Voltage> 5V 选中下极板DownPlate,

Maxwell3D> Excitations > Assign >Voltage> 0V

4.设置计算参数（AssignExecutive Parameter）

Maxwell 3D> Parameters > Assign >Matrix（矩阵）> Voltage1,Voltage2

5.设置自适应计算参数（Create Analysis Setup） Maxwell3D> Analysis Setup > Add Solution Setup 最大迭代次数：Maximum number of passes > 10 误差要求：Percent Error>1%

每次迭代加密剖分单元比例：Refinement per Pass>50%

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图3-3

6. Check & Run 7.

查看结果Maxwell3D>Reselts>Solution data > Matrix 电容值： -31.543pF

图3-4

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图3-5

4.实验结果

由实验数据可得电容为-31.543PF

平板式电容计算公式：C=ε *ε0* S/d;ε0真空介电常数8.86×10（-12方）单位F/m；

5.心得体会

在实验之前我以为这个实验一定十分简单。然而实际做了之后，才发现并没有想象中的那么容易，实验过程当中出现了不少问题，比如在给上下极板添加激励就卡住了我不少时间。总而言之，通过仿真软件来验证之前所学到的知识，会更让人信服，同时也给自己留下深刻的印象，通过这次实验感觉自己学到了很多东西，更重要的是这种学习知识的方法更是让自己产生了浓厚的学习兴趣。

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图3-5

4.实验结果

由实验数据可得电容为-31.543PF

平板式电容计算公式：C=ε *ε0* S/d;ε0真空介电常数8.86×10（-12方）单位F/m；

5.心得体会

在实验之前我以为这个实验一定十分简单。然而实际做了之后，才发现并没有想象中的那么容易，实验过程当中出现了不少问题，比如在给上下极板添加激励就卡住了我不少时间。总而言之，通过仿真软件来验证之前所学到的知识，会更让人信服，同时也给自己留下深刻的印象，通过这次实验感觉自己学到了很多东西，更重要的是这种学习知识的方法更是让自己产生了浓厚的学习兴趣。

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/zajg.html