工程电磁场仿真实验

实验一：球形载流线圈的场分布与自感

一、实验目的

1. 研究球形载流线圈（磁通球）的典型磁场分布及其自感参数； 2. 掌握感应电势法测量磁场的方法；

3. 在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场边值问题、自感参数和磁场

测量方法等知识点的理解。

二、实验原理

（1）球形载流线圈（磁通球）的磁场分析

i

图1-1球形载流线圈（磁通球） 图1-2 呈轴对称性的计算场域

如图1?1所示，当在z向具有均匀的匝数密度分布的球形线圈中通以正弦电流i时，可等效看作为流经球表面层的面电流密度K的分布。显然，其等效原则在于载流安匝不变，即如设沿球表面的线匝密度分布为W′，则在与元长度dz对应的球面弧元Rd?上，应有

?W? Rdθ?i=??因在球面上，z?Rcos?，所以

N?dz?i ?2R?dz?d?Rcos???Rsin?d?

代入上式，可知对应于球面上线匝密度分布W′，应有

?Rsin?d?N?sin?

Rd?2R即沿球表面，该载流线圈的线匝密度分布W′正比于sin?，呈正弦分布。因此，本实验模拟

W??N2R的在球表面上等效的面电流密度K的分布为

K?Ni?sin??e? 2R由上式可见，面电流密度K周向分布，且其值正比于sin?。

因为，

THQXF-1型 磁悬浮实验仪实验

一、实验目的

1． 观察磁悬浮物理现象。

2． 深化对磁场能量、电感参数和电磁力等知识点的理解。 二、实验仪器

THQXF-1型 磁悬浮实验仪及配件。 三、实验原理

根据法拉第电磁感应定律，闭合导体回路中的磁通量变化时，回路中就会产生感应电动势，如果回路的电阻较小，则感应电动势将使回路中产生很大的感应电流。在大块导体中，因感应电流呈涡漩状，故称为电涡流。电涡流可使导体发热，也可以产生电磁力效应。

本实验装置中，如图所示利用扁平盘状线圈在调压器提供的50Hz交变电流激励下产生交变磁场。铝板自身构成闭合回路，在励磁磁场的作用下铝板中感生涡流。励磁线圈产生的磁场与铝板中涡流产生的感应磁场存在相互斥力，当电流增大到使两磁场间的作用力大于线圈自身的重力时，线圈便会浮起呈现磁悬浮状态。

图1 磁悬浮示意图

图2 线圈驱动电流与涡流的对应关系

当线圈中通过电流i1时， i1?sin?t

ω为驱动电流的角频率； 则铝盘中涡流i2可以表示为 i2?Msin(?t??)

式中M为涡流的感应系数，其值与线圈与导电铝板之间的距离相关；?为涡流与线圈驱动电流之间的相位差。

取驱动电流与感生涡流之间的相互作用系数为M'，则线圈与铝

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)

华侨大学2009~2010学年第二学期《工程电磁场》课程考试试题（A）

考试形式：闭卷（120分钟）考试日期： 2010.6.22 院系： 班级： 姓名： 学号： 注：所有解答写在答题纸上

一、填空题（每空1分，共20分）

1、描述物质材料电磁性能的三个宏观电磁参数为： ， 和 。 2、电准静态场中，麦克斯韦方程组的微分形式表示为 ， ， 和 。

3、真空中半径为a 的圆球形空间内，分布有体密度为?的均匀电荷，则圆球内任一点的电场强度E1= er(r?a)；圆球外任一点的电场强度E2= er(r?a)。 4、恒定磁场中磁矢位A与磁感应强度B的关系是 ，A满足的泊松方程是 ，A的散度是 。

5、导电媒质中，自由电荷体密度?随时间衰

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\

《电磁学概论》 实验指导书

适用专业: 课程代码: 总 学 时: 总学分: 编写单位: 编 写 人: 审 核 人: 审 批 人: 批准时间: 年 月 日

目 录

实验一：工程电磁场有限元分析软件的学习及点电荷仿真实验 .................................. 3 实验二：静电场仿真实验 ................................................................. 13 实验三：静磁场仿真实验 ................................................................. 21

电磁学概论实验指导书 第 1 页 专业实验中心

电磁学概论实验指导

工程电磁场期末复习题

一、简答题

1.如何由电位求电场强度？试写出直角坐标系下的表达式。

.E????????????ex?ey?ez ?x?y?z2.写出毕奥—沙伐定律的数学表达式，说明它揭示了哪些物理量间的关系。

?0Idl?eR

4?R2表明磁感应强度B与电流I及电流元dl所处位置(R，eR)有关。 dB?3.传导电流、位移电流、运流电流是如何定义的?各有什么特点? 传导电流是导体中电荷运动形成的电流。 位移电流是变化的电场产生的等效电流。

运流电流是不导电空间内电荷运动形成的电流。

4.一带电导体球外套有一个与它同心的导体球壳，球壳内外均为空气。如用导线把壳与球连在一起，结果会如何？

5.在磁场中，洛仑兹力是否会对运动电荷做功？为什么？

6.什么是接地电阻?其大小与哪些因素有关? .接地设备呈现出的总电阻称之。

与土壤电导率和接地体尺寸(等效球半径)成反比。 7.由电磁感应定律，线圈中感应电流的方向应如何判断? .感应电流与其产生的磁通成右手螺旋关系。 该磁通用以后抗线圈中外磁通的变化。

8.电场强度相同时，电介质中的电能体密度为什么比真空中的大?

因We?而?电12?E 2??0，故We电?We0

9.什么是跨步电压？有何

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

电磁场与电磁波实验

班级 学号 姓名

08020804 2008301914 夏益锋

反射实验

2008301918 张筠鹏

2008301919 赵伟

第一章 反射实验

? 实验原理

当微波遇到金属板时将会发生全反射，本实验就是以一块金属板作为障碍物，来研究当微波以某一入射角投射到金属板时，所遵守的反射定律。

? 实验报告

?1?2极化 入射角φ1 理论反射角φ2 实测反射角φ2 φ2-φ2测 水平极化 45 45 47.4 2.4 垂直极化 45 45 47.5 2.5 ? 误差分析： 1． 仪器误差：发射天线和接收天线不能调到绝对的水平和垂直，因此也得不到绝对的水平

极化波和垂直极化波；反射金属板不是绝对的平面，也影响入射角和反射角的大小。 2． 人为操作误差：操作仪器时，读数时都会存在一定误差

3． 周围仪器发射电磁波影响误差：影响电流表示数，也就影响电流极大是的反射角大小。 4． 由于误差较小，在允许范围内。

1

电磁场与电磁波实验 衍射实验

第二章 衍射实验

? 实验原理：

当一束平面波垂直入射到一个狭缝，狭缝的宽度和波长可以比拟时，它就会发生衍射现象。

极小值：

a?sin??n??

??极大值：a