电磁场大作业报告

科 目：电磁场与电磁波基础

授课老师： 路宏敏 学 院：电子工程学院 专 业：电子信息工程 学生姓名： 张娜 学 号： 02111288

- 1 -

1、编制程序绘制电偶极子的电场与电位3D和2D空间分布图。

【定义】

一个实体，它在距离充分大于本身几何尺寸的一切点处产生的电场强度都和一对等值异号的分开的点电荷所产生的电场强度相同。

电偶极子（electric dipole）是两个相距很近的等量异号点电荷组成的系统。电偶极子的特征用电偶极距p?ql描述，其中 l是两点电荷之间的距离，l和P的方向规定由－q指向＋q。电偶极子在外电场中受力矩作用而旋转，使其电偶极矩转向外电场方向。电偶极矩就是电偶极子在单位外电场下可能受到的最大力矩，故简称电矩。如果外电场不均匀，除受力矩外，电偶极子还要受到平移作用。电偶极子产生的电场是构成它的正、负点电荷产生的电场之和。

【MATLAB

编程】

- 2 -

【图形】

电偶极子等位面立体图

- 3 -

2、证明金属导体内的电荷总是迅速扩散到表面，弛

科 目：电磁场与电磁波基础

授课老师： 路宏敏 学 院：电子工程学院 专 业：电子信息工程 学生姓名： 张娜 学 号： 02111288

- 1 -

1、编制程序绘制电偶极子的电场与电位3D和2D空间分布图。

【定义】

一个实体，它在距离充分大于本身几何尺寸的一切点处产生的电场强度都和一对等值异号的分开的点电荷所产生的电场强度相同。

电偶极子（electric dipole）是两个相距很近的等量异号点电荷组成的系统。电偶极子的特征用电偶极距p?ql描述，其中 l是两点电荷之间的距离，l和P的方向规定由－q指向＋q。电偶极子在外电场中受力矩作用而旋转，使其电偶极矩转向外电场方向。电偶极矩就是电偶极子在单位外电场下可能受到的最大力矩，故简称电矩。如果外电场不均匀，除受力矩外，电偶极子还要受到平移作用。电偶极子产生的电场是构成它的正、负点电荷产生的电场之和。

【MATLAB

编程】

- 2 -

【图形】

电偶极子等位面立体图

- 3 -

2、证明金属导体内的电荷总是迅速扩散到表面，弛

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

华侨大学2008 --- 2009学年第二学期工

程电磁 场试题A卷

一． 填充题（在下列各题中，请将题中所要求的

解答填入题干中的各横线上方内。本大题共20分，共计10小题，每小题2分）

1． 麦克斯韦方程组的微分形式

是 、 、

、 。

2． 静电场中，理想介质分界面两侧电场强度E满足的

关系是 ，电

位移矢量D满足的关系是 。

3． 极化强度为P的电介质中，极化（束缚）电荷体密

度为ρP = ，

极化（束缚）电荷面密度为σP = 。 4．将一理想导体置于静电场中，导体内部的电场强度为 ，导体内部各点电

位 ，在导体表面，电场强度方向与导体表面法向方向是 关系。

5． 已知体积为V的介质的磁导率为μ，其中的恒定电流

J分布在空间形成磁场分布B和H，则空间的静磁能量密度为

华侨大学2008 --- 2009学年第二学期工程电磁场试题A卷

一． 填充题（在下列各题中，请将题中所要求的解答填入题干中的各

式。

7． 为分析与解算电磁场问题的需要，在动态电磁场中，通常应用的辅助位函数

为

和 ；它们和基本场量B、E之间的关系分别为 横线上方内。本大题共20分，共计10小题，每小题2分）

1． 麦克斯韦方程组的微分形式

是 、 、

、 。

2． 静电场中，理想介质分界面两侧电场强度E满足的关系是 ，电

位移矢量D满足的关系是 。

3． 极化强度为P的电介质中，极化（束缚）电荷体密度为ρP = ，

极化（束缚）电荷面密度为σP = 。

4．将一理想导体置于静电场中，导体内部的电场强度为 ，导体内部各点电

位

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\

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\

华科电磁场m a t l a b仿真作

业

-标准化文件发布号：（9456-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII

电磁场作业

电气1202 XXX U201200000一．作业一

1.程序框图

2

2.程序

clear;

col = 61; %第一行点数

row = col; %行数

span = 0.3/(col-1); %步长

End = ones(1,col)*col; %每一行的终止点

Start = ones(1,col); %每一行的起始点

A = zeros(row,col); %A矩正存储每点电势

for i = (col-1)/3+1:(col-1)*2/3+1

3

for j = (col-1)/3+1:(col-1)*2/3+1

A(i,j) =100;

end

end %初始化电势完毕

temp = A;

for n= 1:500 %迭代次数

for i = 2:row-1

if ( i<((col-1)/3+1)||i>( (col-1)*2/3+1 ) )

for j = Start(i)+1:End(i)-1

temp(i,j)=(A(i-1,j)

2.1已知半径为a导体球面上分布的电荷密度为?S??s0cos?，式中?s0为常数，求整个球面上的带电量。

解，选一圆环带，它的面积元为dS?2?asin?ad?，它带的电荷为

dq??SdS??s0cos?2?asin?ad?q???s0cos?2?asin?ad??00?

2.2 已知半径为a长度为L的圆柱体内分布着轴对称的电荷，体电荷密度为???0中?0为常数，试求圆柱内的总电荷量。 解，q??dV?r，式a??a0?02?L?0r2?rLdr?aa?a02r2dr??L?0a2

32.3 电荷q均匀分布在半径为a的导体球面上，当导体球以角速度?通过球心绕z轴旋转时，试计算导体球表面的面电流密度 解，电流密度为j??sv

??q 24?a??????v???r?ez??era?e??asin?

?s?所以导体球面上的面电流密度为

???q?j??sv?e?sin?

4?a2.5 一个半径为a的球形体积内均匀分布着总电荷为q的电荷，当球体以均匀角速?绕一条直径旋转时，试求球体内电流密度。

??解：电流密度为j??v

4?3a3??????v???r?ez??err?e??rsin?

所以导体球面上的体电流密度为

??q?3q 4?a3??

电 磁 场 作 业 答 案

第1章 矢 量 分 析

1.1 什么是场？什么是矢量场？什么是标量场？什么是静态场？什么是时变场？

答：如果在空间某一个区域内上任意一点都有一确定物理量值与之对应，则这个区域就构了一个物理量的场。

如果这个确定物理量值是一个标量（只有大小没有方向），我们称这种场为标量场，如温度场、密度场、电位场等等。

如果这个确定物理量值是一个矢量（既有大小又有方向），我们称这种场为矢量场，如电场、磁场、重力场等等。

如果在场中的这个物理量仅仅是空间位置的函数，而不是时间的函数（即不随时间变化的场），我们称这种场为静态场。

如果在场中的这个物理量不仅仅是空间位置的函数，而且还是时间的函数（即随时间变化的场），我们称这种场为时变场。

1.2 什么是标量？什么是矢量？什么是常矢？什么是变矢？什么是单位矢量？

答：一个物理量如果仅仅只有大小的特征，我们称此物理量为标量。例如体积、面积、重量、能量、温度、压力、电位等。

如果一个物理量不仅仅有大小，而且还具有方向的特征，我们称此物理量为矢量。例如电场强度，磁感应强度、电位移矢量、磁场强度、速度、重力等。

一个矢量如果其大小和方向都保持不变的矢量我们称之为常矢。 如果矢量的大小和方向