电磁场实验4.5阻抗匹配技术软件仿真

北京邮电大学

电磁场与微波测量实验

实验4.5 阻抗匹配技术软件仿真

学院：电子工程学院

班级：2012211204

组员：胡睿升、张潮、张培渊

执笔：胡睿升

1. 实验内容 (1)

1.1实验目的 (1)

1.2实验设备 (1)

2.实验原理 (1)

3.实验内容 (2)

4.实验步骤 (2)

4.1建立新项目，确定项目频率 (2)

4.2将归一化输入阻抗和负载阻抗所在位置分别表在Y-Smith导纳圆图上 (3)

4.3设计单支节匹配网络 (4)

4.4画原理图 (6)

4.5添加测量 (7)

4.6完成设计后绘制S[1,1]-错误！嵌入对象无效。图，完成调

谐 (8)

5.实验总结与心得体会 (8)

1.实验内容

1.1实验目的

1．了解阻抗调配原理及调配方法；

2．熟悉单支节匹配器的匹配原理；

3．了解微带线的工作原理和实际应用；

4．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络

5.通过枝节匹配的软件仿真理解螺钉调配器的工作原理

1.2实验设备

ADS2009仿真软件.

2.实验原理

枝节匹配器分单枝节、双枝节和三枝节匹配。这类匹配器时再主传输线上并联适当的电纳，用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，已到达匹配的目的。此电纳元件常用一终端短路或开路段构成。

下图为单枝节匹配器，其ZL为任意负载，假定主传输线和分支线的特性阻抗都是Z0，d为从负载到分支线所在位置的距离，Y和Z分别为在枝节处像负载方向看入的主线导纳和阻抗。单枝节调谐时，有两个可调参量：距离d和由并联开路或短路短截线提供的电纳。

Z L

匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳时A+jB形式。然后，此短截线的电纳选择为-JB,根据该电纳值确定分支短截线的长度，这

样就达到匹配条件。

单螺调配器即在波导宽屏伸入一个螺钉，螺钉的作用是引入一个并联在传输线上适当大小的电纳，当螺钉伸入较少时，相当于在波导传输线上并联了一个正的容性导纳，它的大小随着深度的增加而增加。当深度达到谐振时，电纳将增加到无穷大，继续增加深度，电纳值由正变为负，呈感性。借助于导纳圆图可以很方便地求出螺钉的纵向位置l 和电纳jb 值。

3.实验内容

用Microwave office 软件仿真单枝节匹配过程。假设：输入阻抗 Ω=75in Z 。

负载阻抗 Ω+=）（35j 64L Z 。特性阻抗 Ω=750Z 。介质基片 mm H r 1,55.2==ε。

假定负载在2GHz 时实现匹配，利用图解法设计微带线单枝节匹配网络。画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz 至2.2GHz 的变化。

4.实验步骤

4.1建立新项目，确定项目频率。

①建立新项目“电磁场”。

②插入仿真模板，确定输入阻抗、负载阻抗，以及仿真的频率范围。

4.2将归一化输入阻抗和负载阻抗所在位置分别表在Y-Smith导纳圆图上。

①打开Smith原图工具，确定中心频率、特性阻抗和输入阻抗。

②输入负载阻抗。

4.3设计单支节匹配网络。

①采用短路单支节法，在Smith导纳原图实现匹配。

②得出并联短路单支节的电长度。

③得出串联微带线的电长度。

④利用得出的电长度计算两段微带线的尺寸。

4.4画原理图。

①放置两段微带线。

②连接各元件并仿真。

4.5添加测量。

①得出仿真模板下的仿真图。

②反射系数的Smith原图，可知在f=2Ghz时基本实现了匹配

4.6完成设计后绘制S[1,1]-f图，完成调谐。

S[1,1]-f图，可知在f=2GHz时，S[1,1]最小，为-52.909dB。

5.实验总结与心得体会

由于在上学期的微波工程实验课中对ADS仿真软件有过一定的了解，使得本次实验相对容易了很对。毫无疑问仿真软甲对于实际实验中的阻抗匹配有着指导性的作用，仿真软件的便利性、高仿真度、低成本性给运算量较大的电磁场实验带来了绝对的便利。就拿本实验中的单支节匹配来说，实际中要实现单支节匹配所花费的时间和精力以及成本是难以预估的，而利用仿真软件，不仅可以让我们深刻了解实现匹配的方法、步骤和原理，在今后的实际操作中也有了扎实的理论基础。

2016年《电磁场与电磁波》仿真实验 (1)

《电磁场与电磁波》仿真实验 2016年11月

《电磁场与电磁波》仿真实验介绍《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用 MATLAB 仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。本课程仿真实验包含五个内容：一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门二、单电荷的场分布三、点电荷电场线的图像四、线电荷产生的电位五、有限差分法处理电磁场问题

目录一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 (4) 二、单电荷的场分布 (10) 三、点电荷电场线的图像 (1) 2 四、线电荷产生的电位 (14) 五、有限差分法处理电磁场问题 (17)

实验一电磁场仿真软件——Matlab的使用入门一、实验目的 1. 掌握Matlab仿真的基本流程与步骤； 2. 掌握Matlab中帮助命令的使用。二、实验原理（一）MATLAB运算 1.算术运算 (1)．基本算术运算 MATLAB的基本算术运算有：＋(加)、－(减)、*(乘)、/(右除)、\(左除)、^(乘方)。注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个数据的算术运算只是一种特例。 (2)．点运算在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以叫点运算。点运算符有.*、./、.\和.^。两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。例1：用简短命令计算并绘制在0≤x≦6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。程序：x=linspace(0,6)

Matlab 在电磁场中的应用 (2)

Matlab 在电磁场中的应用专业: 电气信息与自动化班级：2012级自动化3班学号：12012242065 学院：物电学院指导老师：李虹完成日期：2013年12月15日

Matlab 在电磁场中的应用摘要 Matlab是美国Mathworks公司于80年代推出的大型数学软件，通过多年的升级换代，现在已发展成为集数值计算、符号计算、可视化功能以及诸多的工具箱为一体的大型科学计算软件，它已广泛应用于科研院所、工程技术等各个部门，并成为大学生、研究生必备的工具软件。电磁学是物理学的一个分支，是研究电场和电磁的相互作用现象。电磁学从原来互相独立的两门科学(电学、磁学)发展成为物理学中一个完整的分支学科，主要是基于电流的磁效应和变化的磁场的电效应的发现。这两个实验现象，加上麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的整个理论体系，发展了对现代文明起重大影响的电工和电子技术。针对电磁场学习理论性强、概念抽象等特点，利用Matlab强大的数值计算和图形技术，通过具体实例进行仿真，绘制相应的图形，使其形象化，便于对其的理解和掌握。将Matlab引入电磁学中，利用其可视化功能对电磁学实验现象进行计算机模拟，可以提高学习效率于学习积极性，使学习效果明显。本文通过Matlab软件工具，对点电荷电场、线电荷产生的电位、平面上N 个电荷之间的库仑引力、仿真电荷在变化磁场中的运动等问题分别给出了直观形象的的仿真图，形实现了可视化学习，丰富了学习内容，提高了对电磁场理论知识的兴趣。关键词：Matlab 电磁学仿真计算机模拟一、点电荷电场问题描述：真空中，两个带正电的点电荷，在电量相同和电量不同情况下的电场分布。根据电学知识，若电荷在空间激发的电势分布为V，则电场强度等于电势梯度的

武大电气工程电磁场仿真实验报告

武汉大学工程电磁场及高电压综合实验

一、题目有一极长的方形金属槽，边宽为1cm，除顶盖电位为100sinπxV外，其他三面的电位均为零，试用差分法求槽内电位的分布。二、解题原理：均匀媒质中的有限差分法我们在求解场的分布时，当边界形状比较复杂时，解析分析法不再适合了，我们可以采用数值计算的方法，数值计算法的基本思想，是将整体连续的场域划分为若干个细小区域，一般称之为网格或单元，如图1所示，然后用所求的网格交点（一般称为节点或离散点）的数值解，来代替整个场域的真实解。因而数值解，即是所求场域离散点的解。虽然数值解是一种近似解法，但当划分的网格或单元愈密时，离散点数目也愈多，近似解（数值解）也就愈逼近于真实值。实解。在此处键入公式。图1场域的剖分，网格节点及步长

(一）、场域的剖分、网格节点及步长由边界Γ所界定的二维平行平面场（见图1），若采用直角坐标系则可令该场处在xoy 平面内。所谓场域的剖分就是场域的离散化，即将场域剖分为若干个网格或单元。最常见最简单的剖分为正方形剖分，这种剖分就是在xy 平面上作许多分别与x 轴及y 轴平行的直线，称为网格线。网格线的交点称为节点或离散点，场域内的节点称为内节点，场域边界上的节点称为边界节点。两相邻网格线间距离称为步长，一般以h 表示。若步长相等则整个场域就被剖分为许多正方形网格，这就是正方形剖分。节点（离散点）的布局不一定采用正方形剖分，矩形剖分也常采用，正三角形剖分偶尔也被应用，不过最常见的最简单的仍然是正方形剖分。（二）、差分与微分从前面的分析可知，稳恒电、磁场的求解问题，归根到底是求解满足给定边界条件的偏微分方程（泊松方程或拉普拉斯方程）的解的问题所谓差分方法，就是用差商近似代替偏微商，或者说用差分代替微分，从而把偏微分方程转换为差分方程，后者实际上为代数方程。因此这种转化有利于方程的求解。下面分别对一阶及二阶的差分公式进行推导。首先回顾有关偏导数的定义，有 00(,)(,)(,)(,) lim lim x x f f x x y f x y f x y f x x y x x x →→?+---==? (1) 因此当|x| 充分小时，可近似地用(,)(,)f x x y f x y x +- 或(,)(,) f x y f x x y x -- 代替 f x ??，所谓差分公式，即是基于上述观点推得的。设图1所示场域中的位函数为A ，任取一网格节点0，它在xy 平面上的坐标为（x ,i i y ），记节点0的矢量磁位为,i j A ，并把与节点0相邻的其他四个节点1、2、3、4的矢量磁位分别记为1,i j A +、,1i j A +、1,i j A -、,1i j A -，将节点0处函数A 的一阶偏微商A x ??，用1、0两点函数值的差商1,,i j i j A A h +-近似代替，则有

电磁场的Matlab仿真.

Matlab 与电磁场模拟一单电荷的场分布：单电荷的外部电位计算公式： q φ= 4πε0r 等位线就是连接距离电荷等距离的点，在图上表示就是一圈一圈的圆，而电力线就是由点向外辐射的线。 MATLAB 程序： theta=[0:.01:2*pi]'; r=0:10; x=sin(theta*r; y=cos(theta*r; plot(x,y,'b' x=linspace(-5,5,100; for theta=[-pi/4 0 pi/4] y=x*tan(theta; hold on ; plot(x,y; end grid on 单电荷的等位线和电力线分布图：二多个点电荷的电场情况：模拟一对同号点电荷的静电场设有两个同号点电荷, 其带电量分别为 +Q1和+Q2(Q1、Q2>0 距离为 2a 则两电荷在点P(x, y处产生的电势为: 由电场强度可得E = -?U, 在xOy 平面上, 电场强度的公式为: 为了简单起见, 对电势U 做如下变换:

。 Matlab 程序： q=1; xm=2.5; ym=2; x=linspace(-xm,xm; y=linspace(-ym,ym; [X,Y]=meshgrid(x,y; R1=sqrt((X+1.^2+Y.^2; R2=sqrt((X-1.^2+Y.^2; U=1./R1+q./R2; u=1:0.5:4; figure contour(X,Y,U,u grid on legend(num2str(u' hold on

plot([-xm;xm],[0;0] plot([0;0],[-ym;ym] plot(-1,0,'o' , 'MarkerSize' ,12 plot(1,0,'o' , 'MarkerSize' ,12 [DX,DY] = gradient(U; quiver(X,Y,-DX,-DY; surf(X,Y,U; 同号电荷的静电场图像为： 50 40 30 20 10 0-2 2

基于有限元的电磁场仿真与数值计算介绍

鼠笼异步电动机磁场的有限元分析摘要鼠笼异步电动机具有结构简单、价格低廉、运行可靠、效率较高、维修方便等一系列的优点，在国民经济中得到广泛的应用。工业、农业、交通运输、国防工程以及日常生活中都大量使用鼠笼异步电动机。随着大功率电子技术的发展，异步电动机变频调速得到越来越广泛的应用，使得鼠笼异步电动机在一些高性能传动领域也得到使用。鼠笼异步电动机可靠性高，但由于种种原因，其故障仍时有发生。由于电动机结构设计不合理，制造时存在缺陷，是造成故障的原因之一。对电机内部的电磁场进行正确的磁路分析，是电机设计不可或缺的步骤。利用有限元法对电机内部磁场进行数值分析，可以保证磁路分析的准确性。本文利用Ansys Maxwell软件，建立了鼠笼式异步电机的物理模型，并结合数学模型和边界条件，完成了对鼠笼式异步电动机的磁场仿真，得到了物理模型剖分图，磁力线和磁通分布图，为电机的进一步设计研究提供了依据。关键词：Ansys Maxwell；鼠笼式异步电机；有限元分析

一、前言当电机运行时，在它的内部空间，包括铜与铁所占的空间区域，存在着电磁场，这个电磁场是由定、转子电流所产生的。电机中电磁场在不同媒介中的分布、变化及与电流的交链情况，决定了电机的运行状态与性能。因此，研究电机中的电磁场对分析和设计电机具有重要的意义。在对应用于交流传动的异步电机进行电磁场的分析计算时，传统的计算方法因建立在磁场简化和实验修正的经验参数的基础之上，其计算精度就往往不能满足要求。如果从电磁场的理论着手，研究场的分布，再根据课题的要求进行计算，就有可能得到满意的结果。电机电磁场的计算方法大致可以分为解析法、图解法、模拟法和数值计算法。数值解法是将所求电磁场的区域剖分成有限多的网格或单元，通过数学上的处理，建立以网格或单元上各节点的求解函数值为未知量的代数方程组。由于电子计算机的应用日益普遍，所以电机电磁场的数值解法得到了很大发展，它的适用范围超过了所有其它的解法，并能达到足够的精度。对于电机电磁场问题，常用的数值解法有差分法和有限元法两种。用有限元法时单元的剖分灵活性大，适用性强，解的精度高。因此我们采用有限元法对电机电磁场进行数值计算。 Maxwell2D 是一个功能强大、结果精确、易于使用的二维电磁场有限元分析软件。在这里，我们利用Ansys的Maxwell2D 有限元分析工具对一个三相四极电机进行有限元分析，构建鼠笼式异步电机电动机的物理模型，并结合电机的数学模型、边界条件进行磁场分析。

电磁场仿真软件简介

电磁场仿真软件简介随着电磁场和微波电路领域数值计算方法的发展，在最近几年出现了大量的电磁场和微波电路仿真软件。在这些软件中，多数软件都属于准3维或称为2.5维电磁仿真软件。例如，Agilent公司的ADS（Advanced Design System）、AWR公司的Microwave Office、Ansoft公司的Esemble、Serenade和CST公司的CST Design Studio等。目前，真正意义上的三维电磁场仿真软件只有Ansoft公司的HFSS、CST公司的Mafia、CST Microwave Studio、Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE。从理论上讲，这些软件都能仿真任意三维结构的电磁性能。其中，HFSS（HFSS是英文高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator）的缩写）是一种最早出现在商业市场的电磁场三维仿真软件。因此，这一软件在全世界有比较大的用户群体。由于HFSS进入中国市场较早，所以目前国内的电磁场仿真方面HFSS的使用者众多，特别是在各大通信技术研究单位、公司、高校非常普及。德国CST公司的MicroWave Studio（微波工作室）是最近几年该公司在Mafia软件基础上推出的三维高频电磁场仿真软件。它吸收了Mafia软件计算速度快的优点，同时又对软件的人机界面和前、后处理做了根本性的改变。就目前发行的版本而言，CST 的MWS的前后处理界面及操作界面比HFSS好。Ansoft也意识到了自己的缺点，在刚刚推出的新版本HFSS（定名为Ansoft HFSS V9.0）中，人机界面及操作都得到了极大的改善。在这方面完全可以和CST媲美。在性能方面，两个软件各有所长。在速度和计算的精度方面CST和ANSOFT成绩相差不多。值得注意的是，MWS采用的理论基础是FIT（有限积分技术）。与FDTD（时域有限差分法）类似，它是直接从Maxwell 方程导出解。因此，MWS可以计算时域解。对于诸如滤波器，耦合器等主要关心带内参数的问题设计就非常适合；而HFSS采用的理论基础是有限元方法(FEM)，这是一种微分方程法，其解是频域的。所以，HFSS如果想获得频域的解，它必须通过频域转换到时域。由于，HFSS是用的是微分方法，所以它对复杂结构的计算具有一定的优势。另外，在高频微波波段的电磁场仿真方面也应当提及另一个软件：ANSYS 。ANSYS是一个基于有限元法(FEM)的多功能软件。该软件可以计算工程力学、材料力学、热力学和电磁场等方面的问题。它也可以用于高频电磁场分析（应用例如：微波辐射和散射分析、电磁兼容、电磁场干扰仿真等）。其功能与HFSS和CST MWS类似。但由于该软件在建模和网格划分过程中需要对该软件的使用规则有详细的了解，因此，对一般的工程技术人员来讲使用该软件有一定困难。对于高频微波波段通信、天线、器件封装、电磁干扰及光电子设计中涉及的任意形状三维电磁场仿真方面不如HFSS更专业、更理想。实际上，ANSYS软件的优势并不在电磁场仿真方面，而是结构静力/动力分析、热分析以及流体动力学等。但是，就其电磁场部分而言，它也能对任意三维结构的电磁特性进行仿真。虽然，Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE也可以仿真三维结构。

电磁仿真软件flux教程

电磁场仿真软件教程随着电磁场和微波电路领域数值计算方法的发展，在最近几年出现了大量的电磁场和微波电路仿真软件。在这些软件中，多数软件都属于准3维或称为2.5维电磁仿真软件。例如，Agilent 公司的ADS（Advanced Design System）、AWR公司的Microwave Office、Ansoft公司的Esemble、Serenade和CST公司的CST Design Studio等。目前，真正意义上的三维电磁场仿真软件只有Ansoft公司的HFSS、CST公司的Mafia、CST Microwave Studio、Zeland公司的Fidelity和IMST GmbH公司的EMPIRE。从理论上讲，这些软件都能仿真任意三维结构的电磁性能。其中，HFSS （HFSS是英文高频结构仿真器（High Frequency Structure Simulator）的缩写）是一种最早出现在商业市场的电磁场三维仿真软件。因此，这一软件在全世界有比较大的用户群体。由于HFSS进入中国市场较早，所以目前国内的电磁场仿真方面HFSS的使用者众多，特别是在各大通信技术研究单位、公司、高校非常普及。德国CST公司的MicroWave Studio（微波工作室）是最近几年该公司在Mafia软件基础上推出的三维高频电磁场仿真软件。它吸收了Mafia软件计算速度快的优点，同时又对软件的人机界面和前、后处理做了根本性的改变。就目前发行的版本而言，CST的MWS的前后处理界面及操作界面比HFSS好。Ansoft也意识到了自己的缺点，在刚刚推出的新版本HFSS （定名为Ansoft HFSS V9.0）中，人机界面及操作都得到了极大的改善。在这方面完全可以和CST媲美。在性能方面，两个软件各有所长。在速度和计算的精度方面CST和ANSOFT 成绩相差不多。值得注意的是，MWS采用的理论基础是FIT（有限积分技术）。与FDTD（时域有限差分法）类似，它是直接从Maxwell方程导出解。因此，MWS可以计算时域解。对于诸如滤波器，耦合器等主要关心带内参数的问题设计就非常适合；而HFSS采用的理论基础是有限元方法(FEM)，这是一种微分方程法，其解是频域的。所以，HFSS如果想获得频域的解，它必须通过频域转换到时域。由于，HFSS是用的是微分方法，所以它对复杂结构的计算具有一定的优势。另外，在高频微波波段的电磁场仿真方面也应当提及另一个软件：ANSYS 。ANSYS是一个基于有限元法(FEM)的多功能软件。该软件可以计算工程力学、材料力学、热力学和电磁场等方面的问题。它也可以用于高频电磁场分析（应用例如：微波辐射和散射分析、电磁兼容、电磁场干扰仿真等）。其功能与HFSS和CST MWS类似。但由于该软件在建模和网格划分过程中需要对该软件的使用规则有详细的了解，因此，对一般的工程技术人员来讲使用该软件有一定困难。对于高频微波波段通信、天线、器件封装、电磁干扰及光电子设计中涉

电磁场的Matlab仿真

Matlab 与电磁场模拟一单电荷的场分布：单电荷的外部电位计算公式：等位线就是连接距离电荷等距离的点，在图上表示就是一圈一圈的圆，而电力线就是由点向外辐射的线。 MATLAB 程序： theta=[0:.01:2*pi]'; r=0:10; x=sin(theta)*r; y=cos(theta)*r; plot(x,y,'b') x=linspace(-5,5,100); for theta=[-pi/4 0 pi/4] y=x*tan(theta); hold on ; plot(x,y); end grid on 单电荷的等位线和电力线分布图： r q 04πεφ=

二多个点电荷的电场情况：模拟一对同号点电荷的静电场设有两个同号点电荷,其带电量分别为+Q1和+Q2(Q1、Q2>0 )距离为2a则两电荷在点P(x, y)处产生的电势为: 由电场强度可得E = -?U,在xOy平面上,电场强度的公式为: 为了简单起见,对电势U做如下变换: 。 Matlab程序：

q=1; xm=; ym=2; x=linspace(-xm,xm); y=linspace(-ym,ym); [X,Y]=meshgrid(x,y); R1=sqrt((X+1).^2+Y.^2); R2=sqrt((X-1).^2+Y.^2); U=1./R1+q./R2; u=1::4; figure contour(X,Y,U,u) grid on legend(num2str(u')) hold on plot([-xm;xm],[0;0]) plot([0;0],[-ym;ym]) plot(-1,0,'o','MarkerSize',12) plot(1,0,'o','MarkerSize',12) [DX,DY] = gradient(U); quiver(X,Y,-DX,-DY); surf(X,Y,U); 同号电荷的静电场图像为：

电磁场的matlab仿真实验--m语言1

实验三：等量异号点电荷的电势分布一、实验目的与要求 1.掌握命令窗口中直接输入语句，进行编程绘制等量异号点电荷的电势分布图； 2.掌握二维网格和三维曲面绘图的语句。二、实验类型设计三、实验原理及说明这里在命令窗口中直接输入简单的语句进行编程设计。MATLAB有几千个通用和专用五、实验内容和步骤（一）建立等量异号点电荷的电势方程

物理情景是oxy平面上在x=2,y=0处有一正电荷，x= -2,y=0处有一负电荷，根据计算两点电荷电场中电势的分布，由于（二）利用MA TLAB的函数, 绘制等量异号点电荷的电势分布图首先选定一系列的x和y后，组成了平面上的网络点，再计算对应每一点上的z值。例如-5:0.2:5,-4:0.2:4分别是选取横坐标与纵坐标的一系列数值，meshgrid是生成数据网格的命令，[x,y]是xy平面上的坐标网格点。z是场点(x ,y)的电势，要求写出z的表达式。这里用到MA TLAB的函数mesh（）描绘3D网格图，meshgrid（）描绘在3D图形上加坐标网格，sqrt（）求变量的平方根。mesh（）是三维网格作图命令，mesh(x,y,z)画出了每一个格点(x,y)上对应的z值（电势）。在命令窗口中直接输入简单的语句，如下。解1

解2

当场点即在电荷处时，会出现分母为零的情况，因此在r里加了一个小量0.01，这样既可以完成计算，又不会对结果的正确性造成太大影响。另外需要注意的是表达式中的“./ ”、“.^ ”是对数组运算的算符，含义与数值运算中的“./ ”、“.^ ”相同，不同之处是后者只对单个数值变量进行运算，而前者对整个数组变量中的所有元素同时进行运算。解2为了减少计算量，增加精确度，与先前的示例相比，计算范围由原先的-5

2016年《电磁场与电磁波》仿真实验

《电磁场与电磁波》仿真实验

2016年11月《电磁场与电磁波》仿真实验介绍《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用MATLAB仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。本课程仿真实验包含五个内容：一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门二、单电荷的场分布三、点电荷电场线的图像四、线电荷产生的电位五、有限差分法处理电磁场问题

目录一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门......... (4) 二、............................................................ 单电荷的场分布 1O 三、........................................................ 点电荷电场线的图像 12- 四、................................................................ 线电荷产生的电位............................................................. : ..... 14 - 五、....................................................................... 有限差分法处理电磁场问题17…

常用的高频电磁场仿真软件

常用的高频电磁场仿真软件有下面这些： Ansoft HFSS、Designer、Emsenble。ansoft一贯使用FEM（有限元法），HFSS在中国大陆有绝对的市场份额。一直被大家认为电小不错，电大不行。一年一来一直致力于推翻大家这种印象。终端仿真里面面，我们认为网络参数相对还是比较正确的，但是场参数有时候就不是那么令人满意了。例如，建模一个dipole，在大部分关键的己方加了很多人工干预网哥划分，但是，增益和pattern的波束角宽都差挺多的。手机天线仿真经常是百分之一百零几的效率。在9.1版里results里就不得不多加了realized gain 这个选项，把gain这个选项的值打个折扣给你：） CST的Microwave Studio，一直大家一位是fdtd，其实它是时域积分法（FITD），当然其实不是原则上的不同。和FEM方法不同，FDTD或者FITD都是先在时域计算，用一个宽频谱的激励信号（方波或者高斯波都有）去激励模型，在时域计算然后去反演到频域。系统的网络参数和场参数基本上是反演后的得到的。特点是可以计算相当大的带宽结果，而不需要象用ansoft，可能要把大带宽分割后分别仿真。CST计算过程中，由于没有FEM计算过程中矩阵求逆过程，计算时间和网格数成线性增长关系，而FEM 的是指数增长关系。CST的MWS从4.3版起，开始有了大小网格嵌套技术，在曲面上细化六面体网格逼进曲面。这是其它FDTD套件所没有的。CST的MWS最大的问题是不象ansoft的那么傻瓜化，很多参数即使看了help也不是很能让人理解。如果很深入了解MWS内部细节，估计可以一次性不用收敛做出完美的仿真。我们曾经用完全相同的模型分别在ansoft和CST运行，结果双频天线CST结果低频比ansoft结果高。而高频又比ansoft结果低。但是场参数就可靠得多了，一个加上塑胶外壳参数、电池、屏蔽罩等器件的模型，天线在谐振点就是比较真实的百分之四、五十。韩国都用CST，没有什么人用ansoft。 Zeland IE3D，矩量法（MoM）。IE3D可能是最好的商业MoM套件。MoM原理相对简单，且计算速度极快。IE3D比较适合2.5维情形，例如算算PCB或者微带天线比较合适，算复杂3D结构力不从心。但是，手机PIFA的计算就比较适合用IE3D。不是用于做天线项目仿真，而是用于研究天线的基本特征，天线和PCB如何相互耦合、PCB上激发的表面电流走向等原型阶段的预研。 Zeland Fidelity，FDTD法，相比IE3D名气小，用的人也不多。没有CST大小网格嵌套。这里补充一句，所有的FDTD套件都是采用PML方法的。 XFDTD，有名的FDTD套件。经常和很多测试SAR的硬件系统联系在一起，在加载人体电磁模型后可以计算SAR值。缺点是天线Pattern没有3D显示，只有2D截面。这个缺点最好能在新版本中改进。SemCAD，也是FDTD套件。没有比XFDTD等有太多优势，也有被用来计算SAR的。好像也有用来作系统EMC计算。 IMST Empire，FDTD套件。非常优秀的高频电磁场套件，德国人的东西。获得欧洲多次仿真大赛的优胜，仿真题目是一个Vivalti天线，速度最快，又最准确。但是正如德国人的问题，好是好，但又有太过明显缺陷。建模法实在是太复杂了，我学了三次都没有真正学会。最后没有时间只好放弃。 FEKO，用Ansys接口的软件，使用混和MoM，多层快速多极子（这个我只知道名称了），几何光学和射线追踪法等，可以计算非常复杂的3D结构和环境，擅长电大尺寸。常被用做飞机电磁性能的建模和仿真。 Sonnet，MoM方法。这个就不太熟了。 SuperNEC，MoM法，要使用MatLab平台。这个会限制它的计算速度，因为MatLab是行解释型的，代码不编译。 ADF－EMS，才听说的软件套件。意大利公司的产品，以前是对中国禁运的软件。据说是因为太专业太有用了，是航天器卫星、兵器等电磁仿真的利器。现在正在逐步对中国企业开放。但是如果是研究所或者国营机构去买，也还是不卖。报价是ansoft等套件的10倍以上。 Aplac，据说Nokia公司的人用这个作电磁场仿真。只是接触过他们的一个Sales，看过一点资料，主要是电路和系统级的。电磁场模块fdtd的，建模巨复杂。其它的都不清楚。 CFDTD，全名Conformal FDTD，中国人编的商业套件。据说业界还有好评。但是看来商业做得不好，

华科电磁场matlab仿真作业

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.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

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) +A(i+1,j) +A(i,j-1) +A(i,j+1))/4; end else for j = 2:(col-1)/3 temp(i,j)=(A(i-1,j) +A(i+1,j) +A(i,j-1) +A(i,j+1))/4; end for j = 2*(col-1)/3+2:col-1 temp(i,j)=(A(i-1,j) +A(i+1,j) +A(i,j-1) +A(i,j+1))/4; end end A = temp; end end X = row:-1:1; Y = col:-1:1; [X,Y] = meshgrid(X,Y); figure(1); surf(rot90(A,2)); figure(2); contour(rot90(A,2)); hold on; [Gx,Gy] = gradient(A,1,1); quiver(Gx,Gy); 3.计算机绘图

电磁场仿真作业ansoft

电磁场ansoft软件应用作业 ——静电场部分 TYP 电气0906 09291183

一、题目单心电缆有两层绝缘体，分界面为同轴圆柱面。已知，R1=10mm,R2=20mm,R3=30mm,R4=31mm,内导体为copper，外导体为lead，中间的介质ε1＝5ε0, ε2＝3ε0, ,内导体U=100V，外导体为0V 求 1用解析法计算电位，电场强度，电位移随半径的变化，计算单位长度电容和电场能量。 2用ansfot软件计算上述物理量随半径的变化曲线，并画出电压分布图，计算出单位长度电容，和电场能量

二、解答 1、解析法：在介质中取任意点P ，设它到电缆中心距离为r 。过P 点作同轴圆柱面，高为l 。该面加上上下两底面作为高斯面S 。 D rl S d D S )2(π=?? ε 1 1D E = ε 2 2D E = ??+=R R dr R R dr U E E 322121 将方程联立，代入数据解得： m V r E /05.731≈ ，m V r E /75 .1212≈ 所以 12 9 2 1158.8573.05 3.23/1010D C r r m E ε--???=?== 电位 r R R R dr dr l d E r r E E ln 05.7341.236232211 --=?+?=?=??? ∞ ? V r R dr l d E r r E ln 75.12192.426322 --=?=?=?? ∞ ? V 电场能量 9 7 2 11 3.23 1.181173.05221010e D r r E r ω--??=?=??=3 J m 9 7 2 22 3.23 1.9711121.752210 10e D r r E r ω--??=?=??=3 J m 单位长度电场能量 231277632 12 12 222(1.18ln 1.97ln ) 1.02101010e e e R R rdr rdr J m R R R R W R R πππωω---=+=???+??=???单位长度电容 6 1022 22 1.0210 2.0410100e W C F m U --??===?

ANSYS电磁场仿真实验报告

电磁场仿真实验报告

求平行输电线周围的电位和电场分布一、报告要求：该生学号尾号为1，建立3条垂直排布的导线。电位由下到上分别为1V，2V，3V，如下图所示：二、模型说明：静电场计算，求解区域为模型的5倍，截断边界条件。最下方导线对地高度为10米，导线半径为0.01米，导线之间间距为5米。（即：H1=10m，H2=15m，H3=20m，U1=1V，U2=2V，U3=3V，R0=0.01m，求解区域为一半圆，题目要求求解区域为模型的5倍，模型尺寸认为是40m，故取半圆半径L=200m。）如下图所示：

三、实验步骤： 1、确定文件名，选择研究范围。点击Utility Menu>File>Change Title，输入你的文件名。例如“姓名_学号”（ZLM_2012301530051）点击Main Menu>Preferences，选择Electric。点击Main Menu>Preprocessor>，进入前处理模块 (command: /TITLE,ZLM_2012301530051 /COM,Preferences for GUI filtering have been set to display: /COM, Electric /PREP7 ) 2、定义参数点击Utility Menu>Parameters>Scalar Parameters，在下面“Selection”空白区域填入参数： H1=10 H2=15 H3=20 R0=0.01 U1=1 U2=2 U3=3 每一个参数输入完毕，点击“Accept ”按钮，输入的参数就导入上方“Items”指示的框中，等参数导入完毕后，点击“close”按钮关闭对话框。(command: *SET,H1,10 *SET,H2,15 *SET,H3,20 *SET,R0,0.01 *SET,U1,1 *SET,U2,2 *SET,U3,3) 3、定义单元类型点击Main Menu>Preprocessor>Element Type>Add/Edit/Delete，出现单元类型对话框“Element Types”，点击Add，弹出单元类型选择库对话框“Library of ElementTpes”选择Electrostatic 和2D Quad 121（二维四边形单元plane121）。点击ok，关闭单元类型选择库对话框，此时在单元类型对话框中显示所添加的单元类型“Type 1 PLANE121”，表示单元类型添加成功，点击Close 按钮，关闭对话框。 (command: ET,1,PLANE121)

2016年《电磁场与电磁波》仿真实验.

电磁场与电磁波》仿真实验

2016年11月《电磁场与电磁波》仿真实验介绍《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用MATLAB 仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。本课程仿真实验包含五个内容：一、电磁场仿真软件——Matlab 的使用入门二、单电荷的场分布三、点电荷电场线的图像四、线电荷产生的电位五、有限差分法处理电磁场问题

目录一、电磁场仿真软件——Matlab 的使用入门????..? (4) 二、单电荷的场分布 ???????????????????????????1?0 三、点电荷电场线的图像 ?????????????????????????12? 四、线电荷产生的电位 ???????????????????????.??????1?4? 五、有限差分法处理电磁场问题 ??????????????????????17?

实验一电磁场仿真软件——Matlab 的使用入门一、实验目的 1.掌握Matlab 仿真的基本流程与步骤； 2.掌握Matlab 中帮助命令的使用。二、实验原理 (一) MATLAB运算 1.算术运算 (1)．基本算术运算 MATLAB的基本算术运算有：＋(加)、－(减)、*( 乘)、/( 右除)、\( 左除)、^(乘方)。注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个数据的算术运算只是一种特例。(2)．点运算在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以叫点运算。点运算符有.* 、./ 、和.^。两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。例1：用简短命令计算并绘制在0≤x≦6 范围内的sin(2x) 、sinx 2、sin 2x。程序：x=linspace(0,6) y1=sin(2*x),y2=sin(x.^2),y3=(sin(x)).^2; plot(x,y1,x, y2,x, y3) (二)几个绘图命令 1.doc 命令：显示在线帮助主题调用格式：doc 函数名例如：doc plot ，则调用在线帮助，显示plot 函数的使用方法。 2.plot 函数：用来绘制线形图形 plot(y),当y是实向量时，以该向量元素的下标为横坐标，元素值为纵坐标画出一条连续曲线，这实际上是绘制折线图。 plot(x,y),其中x 和y为长度相同的向量，分别用于存储x 坐标和y坐标数据。plot(x,y,s)

基于Matlab的电磁场图示化教学

目录摘要 (1) 关键词 (1) Abstract (1) Key Words (1) 引言 (2) 1 Matlab的图示化技术 (2) 1.1 几个常用的绘图指令 (2) 1.2 具有两个纵坐标标度的图形 (2) 1.3 三维曲线 (3) 2 Matlab在静电场图示化中的应用 (3) 2.1 基本原理 (3) 2.2 等量同号点电荷的电场线的绘制 (4) 2.3 静电场中的导体 (6) 3 Matlab在恒定磁场图示化中的应用 (6) 3.1 电偶极子电磁场的Matlab图示与应用 (6) 3.2 两根载流长直导线在电磁场中的Matlab图示 (8) 3.3 运动的带电粒子在均匀电磁场中的Matlab图示 (9) 3.4 电磁波的Matlab图示 (11) 4 Matlab在时变电磁场仿真分析中的应用 (12) 4.1 Matlab图示化分析均匀平面波在理想介质中的传播 (12) 4.2 Matlab图示化分析矩形波导的场量分布 (14) 5 结语 (19) 致谢 (19) 参考文献 (20)

基于Matlab的电磁场图示化教学自动化王丽洁指导教师王庆兰摘要：Matlab是由美国Mathworks公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。Matlab具有丰富的计算功能和科学计算数据的可视化能力，特别是应用偏微分方程工具箱在大学物理电磁学等各类物理场的数值仿真中具有无比的优势。本文将主要介绍Matlab在静电场图示化中的应用、Matlab在恒定磁场图示化中的应用以及Matlab在时变电磁场仿真分析中的应用。利用Matlab的图示化技术、利用Matlab分析电磁学，能够更为方便的实现电磁场图示化教学，能使复杂的问题大大简化，对阐述相关原理能起到很大的作用。关键词：Matlab 图示化教学电磁场时变电磁场 The electromagnetic field of graphical teaching based on Matlab Student majoring in automation Wang Lijie Tutor Wang Qinglan Abstract：Matlab is published by the United States, the main face of the company Mathworks scientific computing, visualization and interactive program designed for high-tech computing environment. Matlab has a computing functions and rich scientific computing visualization capability of data, especially the application of partial differential equation toolbox has incomparable advantages in numerical simulation of university physics electromagnetism and other types of physical field. Mainly introduces the application of Matlab in electrostatic field, the graphic in Matlab in a constant magnetic field of graphical applications and Matlab application of electromagnetic simulation in the analysis of time. Using Matlab graphic technology, using the Matlab analysis of electromagnetism, can more convenient teaching, the implementation of the electromagnetic field shown can greatly simplify the complex problems, the paper related principle can play a big role. Key Words:Matlab; graphic teaching; electromagnetic field; time-varying electromagnetic field