Ansoft在“电磁场与电磁波”教学中的应用
ANSOFT软件文档资料
22.Ansoft HFSS在天线设计中的应用.pdf Ansoft HFSS在天线设计中的应用
23.Ansoft与Workbench协同仿真实现双向耦合的方法
24.Ansoft Designer 关于微波滤波器设计和制作实例 Ansoft Designer 关于微波滤波器设计和制作实例
25.ANSOFT PExprt用于交错并联DC-DC集成变压器设计 ANSOFT PExprt用于交错并联DC-DC集成变压器设计
26.用Ansoft高频结构仿真软件进行天线设计和验证.pdf 用Ansoft高频结构仿真软件进行天线设计和验证
27.ANSOFT视频培训_调速永磁同步磁路法设计.zip
28.Ansoft_HFSS教程大全.rar 其中包括多个ansoft HFSS高级培训、前后处理、软件介绍与实例操作等中文 教程。
真空器件，研究目标特性和系统/部件的电磁兼容/电磁干扰特性，从而降低 设计成本，减少设计周期，增强竞争力。
33.基于Ansoft的超级电容器的研究与仿真.pdf 超级电容器(Ultra capamtor)是近期发展起来的一种新型储能元件．针对超 级电容在混合动力汽车起动发电系统的应用．介绍了超级电容的结构和模型 ，通过Ansoft—maxwell 2D的瞬态起动和发电仿真再次验证了超级电容农汽
2.ANSOFT HFSS高级培训班教材(西电谢拥军).pdf Ansoft HFSS软件是应用有限元方法的原理来编制的，深入的了解有限元方法 的理论基础，及其在电磁场与微波技术领域的应用原理，对于我们灵活、准 确地使用Ansoft HFSS软件来解决实际工程问题能够提供帮助。这一部分教材
的内容就是在结合Ansoft HFSS软件中涉及到的有限元技术，力争在最小的篇
Ansoft在工程电磁场中的应用
• 图12 永磁体模型
14. 创建电机转子冲片模型。执行Draw/Circle命令，原点为 （0，0），半径为49mm和19mm的两个圆，名字分别为 “rotor”和“rotor1”。 15.选择“rotor”和“rotor1”，执行 Modeler/Boolean/Substract命令，得到电机模型，如图13所 示。 16.利用图标 建立求解区域。
2）选择“Br1”，利用图37所示，将面变为线。
3）由图38-39所示，得到负载气隙磁密分布图。
图37 Br1由面变线
•
图38 显示Br1的磁密曲线
图39 负载气隙磁密分布图
•
7. 极间漏磁因数
1） 利用图标
绘制4个点，分别为P1,P2,P3,P4，如图所示;
2）利用图40-41所示，求出各点的AZ值；
图14 绕组属性赋值
•
2.定子和转子的赋值方法与绕组的赋值相同。如图15-17所 示。
图15 添加材料属性图
图16 添加材料库 •
图17 材料赋值
•
若是需要一种新材料，可以通过输入其bh曲线进行赋值。 如图18所示。
图18 BH曲线编辑器 •
3.永磁体的赋值。进入材料管理器，单击Add material按钮， 在Material Name中输入P-Mag。在矫顽力Hc中输入947000，单位为A/Meter；在剩余磁感应强度Br中输入 1.25，单位为tesla，如图19所示。
• 图22 电机绕组分布图
2.加载电流激励源。选择“A_Phase”相六个绕组，执行 Maxwell 2D/Excitations/Assign/Current命令，如图22所示。
• 图22 电流源的设置
3.加载边界条件。执行Edit/Select/Edge命令，选择定子外圆。执行 Maxwell 2D/Boundaries/Assign/Vector Potential命令。
Ansoft12在工程电磁场中的应用
本书由哈尔滨工业大学的赵博和张洪亮共同编写，具体分工如下：赵博负责本书的框架 构思及第 1、3、6～8 和 10～12 章的编写和统稿工作，张洪亮编写本书的第 2、4、5、9 章， 最后还需要感谢 西莫电机论坛中的各位朋友，书中的一部分例子出自论坛。 在本书的编写过程中，还要感谢中国水利水电出版社老师的辛苦努力，正是他们辛苦的付出， 才使本书能在第一时间和读者见面。
z 注重理论和实际相结合，书中的例子均是来自实际应用。有限元软件的应用难点是 如何将实际工程分解成各个对应的 Ansoft 分析模块，通过分析各个功能模块中的模 型，将复杂的实际工程模型转变为简单的问题。
z 有限元软件的使用有一定的技巧，而使用技巧的积累需要经验积累，笔者将许多应 用技巧融汇于工程实例中，通过潜移默化的方式使读者在学习过程中更规范、更准 确地应用 Ansoft 来实现分析。
由于时间仓促，作者水平有限，书中错误、纰漏之处在所难免，敬请广大读者批评指正。
目
录
前言
第 1 篇 Ansoft 二维分析技术
第 1 章 Maxwell 2D快速上手 ································· 2 1.1 初识Maxwell 2D的界面环境························ 2 1.2 Maxwell 2D的模型绘制 ······························· 4 1.2.1 曲线模型的绘制···································· 5 1.2.2 曲面模型的绘制···································· 9 1.3 Maxwell 2D的材料管理 ····························· 11 1.3.1 常用硅钢片材料的添加 ······················ 12 1.3.2 永磁材料的添加·································· 16 1.4 Maxwell 2D的边界条件和激励源 ·············· 18 1.4.1 Maxwell 2D的边界条件 ······················ 18 1.4.2 Maxwell 2D的激励源设置 ·················· 24 1.5 Maxwell 2D的网格剖分和求解设置 ·········· 31 1.5.1 Maxwell 2D的网格剖分设置 ·············· 31 1.5.2 Maxwell 2D的求解设置 ······················ 35 1.6 Maxwell 2D的后处理操作流程 ·················· 40 1.6.1 求解场图的查看·································· 40 1.6.2 路径上场量的查看······························ 43 1.6.3 场计算器的应用·································· 44 1.7 本章小结····················································· 46
Ansoft
Ansoft在“电磁场与电磁波”教学中的应用作者：杨俊秀赵文来鲍佳来源：《现代电子技术》2013年第02期摘要：在“电磁场与电磁波”教学过程中，引入Ansoft工程电磁场有限元分析软件有一定的意义。
首先，结合静电场边值问题的拉普拉斯方程求解，基于Maxwell 2D绘出了满足一定条件的矩形接地金属槽内空间等势线的分布；而后，由达朗贝尔方程的解及无方向性天线辐射功率，基于HFSS给出2款半波阵子天线，绘出了入射端口反射损耗S（1，1）、电压驻波比VSWR随频率的变化曲线。
结果表明，不同尺寸天线对应不同工作频率。
通过空间场线、反射损耗或驻波比曲线的仿真分析，在验证电磁理论的同时，增加学生对场的感性认识，加深他们对电磁场理论及其应用的理解，激发对电磁场的学习兴趣，提高教学效果，同时，培养其解决实际工程问题的能力，为以后从事相关工作打下基础。
关键词：Maxwell 2D； HFSS；拉普拉斯方程；达朗贝尔方程；反射损耗；电压驻波比中图分类号：TN911⁃34 文献标识码：A 文章编号：1004⁃373X（2013）02⁃0097⁃040 引言以麦克斯韦方程组为基本出发点的电磁场理论，是公认的难学难教的课程。
授课中，如果对抽象的“场”多从物理或实例上阐述，并对具体模型通过相关的仿真软件分析，则可增强学生的感性认识，加深对电磁场理论及其应用的理解[1]，且对以后从事相关工程问题的分析或设计提供仿真指导。
首先，结合边值问题的拉普拉斯方程求解，基于Maxwell 2D绘出了满足一定条件的矩形接地金属槽内空间等势线的分布；而后，结合达朗贝尔方程的解及无方向性天线辐射功率，基于HFSS绘出2款半波阵子天线，给出反射损耗[S1，1]（设负载输入端口为1端口，由于负载阻抗与传输线阻抗不匹配造成加载到负载上的电信号不能全部被负载吸收，[S1，1]即表示负载端口1处反射波电压与入射波电压比值，其值越大，说明加载到负载上的信号被反射回来的比例越高，故[S1，1]也表征了负载入射端口的损耗，也称为反射损耗）、电压驻波比VSWR（由于负载阻抗与传输线特性阻抗不匹配，到达负载的电信号能量有一部分被反射，传输线上反射信号与入射信号叠加后形成驻波。
基于AnsoftMaxwell3D的电磁场分析与计算_陈红
第25卷第4期, 2012年10月宁波大学学报（理工版）首届中国高校优秀科技期刊奖V ol.25 No.4, Oct. 2012 JOURNAL OF NINGBO UNIVERSITY ( NSEE ) 浙江省优秀科技期刊一等奖基于An soft Maxwell 3D的电磁场分析与计算陈红（安徽国防科技职业学院机电工程系, 安徽六安 237011）摘要:电磁场分析是复杂电子电气产品设计的一个重要环节, 是决定产品性能的关键因素; 而电磁场的有限元分析方法作为一个强大的工具, 在工程中的应用极为广泛. 根据长直螺线管的电磁场数学推导结果, 利用ANSYS工程电磁场有限元软件对其进行仿真, 验证了结果的一致性, 反映出有限元方法在电磁场分析的优势及ANSYS软件分析的直观性与便利性, 展示了ANSYS 软件在电磁场分析应用中的基本方法与技巧. 实验证明, An soft Maxwell 3D在分析复杂电磁场方面具有很高的实用价值.关键词: 电磁场; 有限元求解; An soft Maxwell 3D; 对比分析中图分类号: TN82 文献标识码: A 文章编号: 1001-5132（2012）04-0107-04随着社会发展, 电子电气产品已广泛应用于工业、农业、医疗、气象、军事等各个领域. 产品的微型化、智能化使得元件的密度大幅增加, 连接日益复杂, 电磁问题因此成为决定产品质量和可靠性的一个关键因素而成为研究的热点. 而对于产品性能的可靠性分析, 由最初的经验预估、理论计算, 发展到了如今的计算机仿真. 产品的设计正朝着利用计算机实现虚拟设计、虚拟实验的方向发展[1].性能相对简单、测试成本较低的电子电气产品可以通过原型或者简化实验完成性能评估. 但是对于具有复杂性能和复杂结构的电子电气产品而言, 往往需要昂贵的测试设备, 较长的实验周期, 并对周围的测试环境有较强的依赖性. 因此, 在这样条件下要完成某种产品在多种状态的性能评估, 需要较高成本, 并且难以满足一致性标准. 这些使得计算机仿真对产品设计的指导意义愈加明显, 因此Maxwell应运而生.Maxwell是An soft公司的一个功能强大、结果精确、易于使用的二维/三维电磁场有限元分析软件. 其功能包括静电场、静磁场、时变磁场、涡流场、瞬态场和温度场计算等, 可用来分析电机、传感器、变压器、永磁设备、激励器等电磁装置的静态、稳态、瞬态、正常工作和故障工作的情况; 此外还包括三维电磁分析、三维直流磁场分析、涡流分析和瞬态场分析. ANSYS充分利用了各种电磁计算方法的优点, 发展了多个适用于不同领域的电磁分析模块, 这些模块优势互补、在统一的软件界面下共同解决各种复杂的电磁分析问题[2].1电磁场的分析方法1.1基本理论电磁场理论的基础主要是麦克斯韦方程组,它有积分和微分两种表达形式, 以下是以自由电荷和自由电流为源头所表述的微分形式[3]:电磁感应定律: /E B t∇⋅=−∂∂, (1) 全电流定律: /H J D t∇⋅=+∂∂, (2) 高斯定律: Dρ∇⋅=, (3) 磁通连续定律: 0B∇⋅=. (4) 该方程组和其他的基本定律是解决电磁问题的理论基石, 为电磁装置在各个领域的广泛应用开辟了广阔的空间.1.2有限元分析的意义不同形式的电磁场特性各异, 在具体分析的收稿日期:2012−04−19. 宁波大学学报（理工版）网址: 基金项目:电工电子省级示范实验实训中心项目（20101687）; 中央财政支持“高等职业学校提升专业服务产业发展能力”项目（580202）. 作者简介:陈红（1969－）, 男, 安徽六安人, 讲师, 主要研究方向: 电气工程与电子技术应用. E-mail: chenhong3383857@108 宁波大学学报（理工版） 2012过程中应采用不同的方法(图1)[4].图1 电磁场分析结构从图1可以看出, 电磁场的数值分析方法主要有微分和积分方法, 微分法又包括有限差分和有限元两种分析方法, 而差分法不适合于边界条件复杂、边界不规则(外部或内部)的情况. 有限元的分析方法借助ANSYS 软件对电磁场进行可视化分析, 特别适合几何或物理条件比较复杂的问题, 并能求解多耦合场问题的仿真, 具有广泛的适用性.通过对比求解电磁场问题的不同手段, 得出有限元方法在电磁场分析的优势.1.3 有限元分析过程有限元分析是用较简单的问题代替复杂问题后再求解. 它将求解域看成是由许多称为有限元的小的互连子域组成, 对每个单元假定1个合适的近似解, 然后推导求解这个域总的满足条件, 从而得到问题的解. 最后的解虽然不是准确解, 但由于大多数实际问题难以得到准确解, 而利用有限元的计算能得到较为精确的近似解, 且能适应各种复杂形状, 因而成为行之有效的工程分析手段[2].ANSYS 分析过程中的主要步骤为: (1)创建有限元模型, 主要包括创建或读入几何模型、定义材料属性和划分单元(节点及单元); (2)施加载荷进行求解, 包括施加载荷及载荷选项和求解; (3)查看结果及求解结果后的处理, 即查看分析结果及检验结果.2 An soft Maxwell 3D 的电磁场分析与计算 以有限长螺线管的电磁场分析与计算为例,对如何利用An soft Maxwell 3D 进行电磁场分析与计算进行较深入的分析和研究, 从而得到有限长螺线管的电磁场分布规律及利用An soft Maxwell3D 进行电磁场分析的基本思想. 2.1 有限长载流直螺线管解析计算对于有限长载流直螺线管的电磁场, 当绕制螺线管的导线很细时, 密绕的圆柱形螺线管可以认为是许多圆形电流组合而成. 圆电流的磁感应强度分布有多种求解方案, 其中比较有代表性的方法是先求圆电流的矢势A , 然后由B A =Δ×计算其磁场分布[5], 此方法中通常将圆电流的磁矢势展开为级数. 为求解其在空间任意一点的磁场, 先求解一环形电流在空间任意一点的磁场, 再利用迭加原理便可以得到长直螺线管的磁场分布.2.1.1 一匝圆电流在空间任一点的磁场通过分析计算, 得到一匝电流在空间任一点的磁场分布为[3]:202225/234()IR ZB R Z μρρρ=−+++J G JJ G 222202225/2(22)4()IR R Z Z R Z μρρ+−++JJG . (5)2.1.2 有限长载流直螺线管的磁场分布有限长载流螺线管等效原理如图2所示[6]. 利用(5)式的计算结果, 将一匝电流在空间产生的磁场进行叠加, 最后得长直螺线管外部任一点的磁场为:402222()nIR B Z R μρ=+J G JJ G. (6)图2 N 匝螺线管示意图2.2 长直螺线管的数值计算[7-8]首先生成螺线管的几何模型. 螺线管是由线圈和铁心组成的, 可以用1个空心圆柱体来模拟, 实际上表示绕着中央铁心的多匝绞线. 然后指定材料属性, 这里选择的铁心是steel_1008; 选择自然边界条件和施加的源是source =8000mA; 再设定执行参数, 指定求解规范, 选择自适应网格划分. 计算结果如图3~图7所示.第4期陈红: 基于An soft Maxwell 3D的电磁场分析与计算 109图3 表面电磁场密度B分布图4 表面磁场强度H分布图5 磁通密度分布图6 B空间的分布图7 H空间的分布2.3误差分析如图5所示, 选定圆柱体表面原点0, 在解析计算中把相关的参数带入4222/()B nIR Z Rμρ=+J G JJ G式, 得到如下数据:55352105101.2951021100123710B−−−××==××××wb·m-2,可以直接看出0点处的B介于1.7×10-5~2.3×10-5 wb·m-2.其产生误差的原因如下:(1) 网格划分采用的是自适应网格划分, 没有划分更细的网格, 可以看到1％左右的计算不收敛.(2) 忽略了螺线管匝间的空隙, 将螺线管看成了一个整体, 当成一个圆柱体进行计算[8].可见, 有限长密绕椭圆截面螺线管内磁场是非均匀磁场, 而螺线管中部的磁场是匀强磁场, 磁场最强;, 螺线管长短轴相差越大、螺线管越短, 磁场沿垂直螺线管轴向的分量越大. 反之, 当螺线管截面是圆截面并且螺线管较长时, 其内部匀强磁场区域越大, 磁场最强.2.4非线性媒质并与简单媒质比较通过An soft Maxwell 3D对非线性材料的选择计算, 结果如图8和图9所示.图8 非线性材料B分布图9 非线性材料H分布从图中可以直观地看出, 与线性均匀媒质比较, 非线性媒质下的螺线管出现不规则、不均匀的8.5024e-001 7.6725e-001 6.8427e-001 6.0129e-001 5.1831e-001 4.3532e-001 3.5234e-001 2.6936e-001 1.8638e-0011.0340e-0012.0413e-002 1.3748e+006 1.2373e+006 1.0998e+006 9.6234e+005 8.2487e+005 6.8739e+005 5.4991e+005 4.1243e+005 2.7496e+005 1.3748e+005 0.0000e+0002.0459e+0001.8413e+0001.6367e+0001.4321e+0001.2275e+0001.0229e+0008.1836e-0016.1377e-0014.0918e-0012.0460e-0019.1160e-0061.7276e+000 1.5548e+000 1.3821e+000 1.2093e+000 1.0366e+000 8.6380e-001 6.9104e-001 5.1828e-001 3.4552e-001 1.7276e-0010.0000e+0001.3748e+006 1.2373e+006 1.0998e+006 9.6234e+005 8.2487e+005 6.8739e+005 5.4991e+005 4.1243e+0052.7496e+005 1.3748e+005 0.0000e+000 1.7814e+000 1.6033e+000 1.4251e+000 1.2470e+000 1.0689e+000 8.9073e-001 7.1258e-001 5.3444e-0013.5630e-001 1.7816e-001 1.9908e-005 3.7329e+004 3.3596e+004 2.9863e+004 2.6130e+004 2.2397e+004 1.8664e+004 1.4931e+004 1.1199e+004 7.4657e+003 3.7329e+003 0.0000e+000110 宁波大学学报（理工版） 2012磁场强度和磁通密度的分布, 和解析分析结果是一致的.3结语随着电磁元件更加广泛的应用和设计者对性能与体积设计封装的希望, 先进而便于使用的数字场仿真技术的需求也显著增长. An soft Maxwell 3D以向导式的用户界面、精度驱动的自适应剖分技术和强大的后处理能力, 成为业界最佳的高性能三维电磁设计分析软件. 通过长直螺旋管的电磁场分析计算, 对深入理解和熟练运用其在工程实际和教学科研中的应用具有很重要的现实意义.参考文献:[1]谢龙汗, 耿玉, 邱婉. ANSYS电磁场分析[M]. 北京:电子工业出版社, 2012:1-2.[2]薛文惠, 李刚炎. 基于Maxwell 3D的汽车电磁缓速器瞬态电磁场有限元分析与仿真[J]. 机械工程师, 2007(10):31-32.[3]马海武, 王丽黎, 赵仙红. 电磁场理论[M]. 北京: 北京邮电大学出版社, 2005:112-113.[4]张德春, 柳建, 王世庆, 等. ANSYS软件在高频电磁场上的应用[J]. 真空, 2010(3):52-53.[5]徐劳立. 计算圆电流磁场的一个方法[J]. 大学物理,2012(2):19-20.[6]余仕成, 周金华. 载流长直螺线管和螺绕环的磁场对称性分析[J]. 武汉工程大学学报, 2010(5):107-108. [7]陈精一, 蔡国忠. 电脑辅助工程分析: ANSYS使用指南[M]. 北京: 中国铁道出版社, 2001:7-11.[8]陈红. 长直螺线管的电磁场分析[J]. 郑州轻工业学院学报, 2012(5):34-35.Analysis on Electromagnetic Field Based on An Soft Maxwell 3DCHEN Hong( Department of Electrical and Mechanical Engineering, Anhui V ocational College of Defense Technology, Liu’an 237011, China ) Abstract: Electromagnetic field analysis is important in design of complex electrical and electronic products, it is also the key factor critical to the product performance. As a powerful tool, the electromagnetic field finite element analysis has been extensively applied in numerous engineering fields. In this paper, based on the computational results of the long straight solenoid electromagnetic, a simulation is taken using the engineering software ANSYS designed for electromagnetic field finite element computation, the results of which are found consistent with real consequences. This study reflects the advantage of applying the finite element method in electromagnetic field analysis and the intuitiveness and convenience of ANSYS. Practical applications have proved that An soft Maxwell 3D has high practical value in studying the complex electromagnetic fields.Key words: electromagnetic field; finite element method; An soft Maxwell 3D; comparative analysis（责任编辑 章践立）。
静电场中静电屏蔽的Ansoft求解
静电场中静电屏蔽的Ansoft求解杨俊秀;赵文来;鲍佳【摘要】静电屏蔽是“电磁场与电磁波”课程静电场教学中的一个重要知识点。
本文基于Ansoft工程电磁场有限元分析软件，给出金属罩接地与不接地情况下，对空间电场分布的影响。
分析结果表明，闭合的金属罩可屏蔽内部空间以防电磁干扰，接地的金属罩能实现全屏蔽。
对场的空间描绘可增加学生对场的感性认识，提高教学效果。
%Static-shielding is an important knowledge point in the course of Electromagnetic Field and Electromagnetic Wave, An ordinary sphere shielding is an example based on software of Ansoft engineering electromagnetic field finite element analysis, electric field lines will be changed in the event of metal cavum grounding or not. At the same time electric field lines will be changed along a certain line. Results show all closed cavum being grounded is needed in order to achieve all shielding. The teaching and measures can increase the students＂ sensibility cognition on the electromagnetic field theory.【期刊名称】《电气电子教学学报》【年(卷),期】2011(033)005【总页数】3页(P99-101)【关键词】Ansoft;有限元;屏蔽;等位（势）线【作者】杨俊秀;赵文来;鲍佳【作者单位】浙江理工大学信息电子学院,浙江杭州310018;浙江理工大学信息电子学院,浙江杭州310018;浙江理工大学信息电子学院,浙江杭州310018【正文语种】中文【中图分类】O441.4“电磁场与电磁波”是理工科院校的一门必修课程。
Ansoft12在工程电磁场中的应用
图20 相对坐标系统的建立
图21 永磁体属性设置
四、激励源与边界条件定义及加载
1.绕组分相，根据电机设计中绕组排列对三相永磁同步电机定 子槽中的绕组进行分相，各相正绕组用“Phase”表示，负绕 组用“Return”表示。按下图22所示进行分相。
图9 单个定子槽绕组模型
9. 执行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿轴复制，在 Axis选择沿z轴复制，相隔10°，进行36次复制。如图10所 示。
图10 定子槽绕组模型
10. 创建电机定子冲片模型。执行Draw/Circle命令，原点为（0， 0），半径为87mm，名字为“stator”。选择“slot”，利用 Modeler/Surface/Cover Lines生成面。 11.选择“stator”和“slot”，执行Modeler/Boolean/Substract 命令。得到定子模型，如图11所示。
图11 电机定子冲片模型
12. 创建永磁体。执行Draw/Line命令，分布输入（0，49）， （0，54）。选择该直线，执行Draw/Sweep/Around Axis命令， 在“Sweep Around Axis”对话框中输入旋转角度为80 °，并 改名为“Permant”。 13.执行Edit/Duplicate/Around Axis命令，沿轴复制，在Axis 选择沿z轴复制，相隔90°，进行4次复制。如图12所示。
图12 永磁体模型
14. 创建电机转子冲片模型。执行Draw/Circle命令，原点为 （0，0），半径为49mm和19mm的两个圆，名字分别为 “rotor”和“rotor1”。 15.选择“rotor”和“rotor1”，执行 Modeler/Boolean/Substract命令，得到电机模型，如图13所 示。 16.利用图标 建立求解区域。
Ansoft软件在电磁场与电磁波课程教学中的应用
Ansoft软件在电磁场与电磁波课程教学中的应用
郑庆庆;吴谨
【期刊名称】《中国冶金教育》
【年(卷),期】2014(0)4
【摘要】针对电磁场与电磁波课程特点以及教学中存在的问题,引入Ansoft软件辅助教学,并以电力电缆接头电场计算为例,通过Ansoft maxwell 2D对其进行二维静电场分析.该可视化教学模式形象直观,有助于学生增强抽象思维能力,深刻理解电磁场理论知识,从而提高教学效果.
【总页数】3页(P29-30,34)
【作者】郑庆庆;吴谨
【作者单位】武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉430081;武汉科技大学信息科学与工程学院,湖北武汉430081
【正文语种】中文
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Ansoft在“电磁场与电磁波”教学中的应用
作者：杨俊秀赵文来鲍佳
来源：《现代电子技术》2013年第02期
摘要：在“电磁场与电磁波”教学过程中，引入Ansoft工程电磁场有限元分析软件有一定的意义。
首先，结合静电场边值问题的拉普拉斯方程求解，基于Maxwell 2D绘出了满足一定条件的矩形接地金属槽内空间等势线的分布；而后，由达朗贝尔方程的解及无方向性天线辐射功率，基于HFSS给出2款半波阵子天线，绘出了入射端口反射损耗S（1，1）、电压驻波比VSWR随频率的变化曲线。
结果表明，不同尺寸天线对应不同工作频率。
通过空间场线、反射损耗或驻波比曲线的仿真分析，在验证电磁理论的同时，增加学生对场的感性认识，加深他们对电磁场理论及其应用的理解，激发对电磁场的学习兴趣，提高教学效果，同时，培养其解决实际工程问题的能力，为以后从事相关工作打下基础。
关键词：Maxwell 2D； HFSS；拉普拉斯方程；达朗贝尔方程；反射损耗；电压驻波比
中图分类号：TN911⁃34 文献标识码：A 文章编号：1004⁃373X（2013）02⁃0097⁃04
0 引言
以麦克斯韦方程组为基本出发点的电磁场理论，是公认的难学难教的课程。
授课中，如果对抽象的“场”多从物理或实例上阐述，并对具体模型通过相关的仿真软件分析，则可增强学生的感性认识，加深对电磁场理论及其应用的理解[1]，且对以后从事相关工程问题的分析或设计提供仿真指导。
首先，结合边值问题的拉普拉斯方程求解，基于Maxwell 2D绘出了满足一定条件的矩形接地金属槽内空间等势线的分布；而后，结合达朗贝尔方程的解及无方向性天线辐射功率，基于HFSS绘出2款半波阵子天线，给出反射损耗
[S1，1]（设负载输入端口为1端口，由于负载阻抗与传输线阻抗不匹配造成加载到负载上的电信号不能全部被负载吸收，[S1，1]即表示负载端口1处反射波电压与入射波电压比值，其值越大，说明加载到负载上的信号被反射回来的比例越高，故[S1，1]也表征了负载入射端口的损耗，也称为反射损耗）、电压驻波比VSWR（由于负载阻抗与传输线特性阻抗不匹配，到达负载的电信号能量有一部分被反射，传输线上反射信号与入射信号叠加后形成驻波。
电压驻波比即指驻波的电压峰值与电压谷值之比，理想的比例为1∶1随频率的变化曲线。
由电压反射系数及驻波比随频率的变化曲线可知，天线一臂长17.5 mm时，中心工作频率为4 GHz，天线臂长8.5 mm时，中心工作频率为8 GHz左右。
因此想要缩减天线尺寸，为获得一定的辐射效果须以减小工作波长即增大工作频率为前提，音频信号不易通过天线辐射，广播电台信息需经过调制技术才能有效的辐射。
3 结语
电磁问题的实质即是求解给定边界条件下的麦克斯韦方程组及方程组演化的其他偏微分方程。
随计算工具的发展，电磁场数值计算深入各个领域，有限元法是常用的数值方法，其中Ansoft公司的Maxwell 3D/2D就是优秀的电磁分析软件，HFSS是权威的天线分析与设计软件，电磁教学中引入Ansoft电磁分析软件具有一定的意义。
基于Maxwell 2D的接地金属槽电势线，形象给出了槽内电势变化趋势；基于HFSS给出半波阵子天线反射损耗[dBS1，1]，简单验证辐射功率与天线工作频率或波长的关系，加强理论的同时，同时增强学生对天线辐射及电参数的感性认识，加深他们对电磁场理论及其应用的理解，激发对电磁场的学习兴趣，培养其解决实际工程问题的能力，提高教学效果。
参考文献
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