精编【激励与沟通】矩形激励线圈的分析
同轴探针对称激励矩形波导模式谱图研究
同轴探针对称激励矩形波导模式谱图研究近些年来，同轴探针激励的电磁波模式谱图研究已成为各种应用中的重要体系。
它可以获得传输线和元件的有效参数，从而有助于系统调节和优化设计。
矩形波导广泛应用于无线电设备的设计和安装中，具有高分辨率、高灵敏度和高可靠性等特点，可用于各种电缆和天线系统研究中。
本文针对矩形波导场构造，采用无限深矢量波功能模型和同轴探针对称激励技术，分析了矩形波导模式谱图的特性。
矩形波导的定义及其特性分析。
矩形波导是一种由两个相互紧密平行的金属板和两个矩形α和β边界组成的断面，它通过增加α和β边界来解决空气中电磁场因边界影响而产生的损耗。
矩形波导具有低损耗、宽传输带宽等优点，是无线通信、脉冲测量和微波雷达等系统中一种简单、有效的传输介质。
同轴探针对称激励技术及其原理分析。
同轴探针对称激励技术是一种简单而有效的激励方式，它将激励信号通过单根线缆投射到激励点，并利用激励位置的对称性来消除激励信号的多普勒波相，从而更好地保护探测信号。
它可以重复检测同一物体，帮助提高检测分辨率，有时可以更准确地获取电磁场信息。
矩形波导模式谱图研究方法。
本文使用无限深矢量波功能模型和同轴探针激励方式究矩形波导的模式谱图，可得到均匀长度传输线的分析结果，包括电磁场功率分布、传输带宽、谐振模式及模式的准确值。
实验结果表明，矩形波导的传输带宽确实随α和β边界宽度增加而减少，并且不同谐振模式模式谱图中最大值之间较小，证明了矩形波导在有效宽度和高分辨率方面的优势。
结论。
本文介绍了矩形波导以及同轴探针对称激励技术，并采用无限深矢量波功能模型和同轴探针对称激励技术，分析了矩形波导模式谱图的特性。
实验结果表明，矩形波导具有低损耗、宽传输带宽等优点，它的传输带宽确实随α和β边界宽度增加而减少，并且不同谐振模式间的模式谱图最大值间较小，为各种电缆和天线系统的研究和设计提供了重要参考意义。
激励器的基本原理及使用方法
应指出，激励器也有其局限性。虽然激励器有不少功效，但是在具体使用中，有些情况下效果并理想。例如：
①有明显齿音毛病的演员不宜使用激励器。无论频率点选在任何位置，齿音还是会更突出。如果必须用激励器，就应先使用齿音消除器降低齿音声功率后再加激励效果。
(三)、激励器的调整方法：音频激励器目前在音响系统中使用的也不是太多，主要是工程商对激励器还不够重视，再加上近几年来行业中高质量的激励器也不多，所以现在觉得激励器有点"边缘化"了。目前业内较为有名的激励器有：Aphex、BBE、百灵达等，它们各有特点，但大体的功能、原理及参数基本相同，这里我就不具体介绍某一台激励器了，只是简单说一下整体方面：激励器功能键介绍：
2.频率调谐（TUNING）
频率调谐实际上是二次谐波选通。节目对象不同就应选择不同的谐振频率。在APHEXC的面板上，没有选择中心频率的刻度标记，这是为了让使用者以听感为调谐依据。实际上我们从原理中已经知道，这段频率范围在700Hz-7kHz。如果节目是立迎宾镲，那就应把调谐置于最高位，使其节奏清晰通透；如果节目是小号，那就应把调谐置于中间位，使其声音嘹亮清脆；如果节目是歌声，那就应把调谐置于低于中间位，使其避开齿音，音色更加纯净亲切；如果节目是语言，那就应把调谐置于较低位，使其口齿清楚、顿挫分明；如果节目是贝斯，那就应把调谐置于最低位，使其更加活跃有力。总之，应视节目源频率特性而定。但是，假如一只鼓皮松软、敲击无力的大鼓，就应在高段选定谐波，用于加强音头使鼓更强劲；而一只声音干瘪的大鼓就应在低段选定谐波，使鼓声雄浑。所以谐波频率的选择应从声源实际情况出发来设定。在设备面板上，有对比按键，标有“入/出”字样（IN/OUT），可以反复对比输入信号与输出信号声音的差别，监听调谐效果。当然，一旦确定效果后，要将按键置于“出”位置。
利用镜像法求解矩形波导中电流源激励出的场分布
Figure 2
考虑到镜像电流源所处的位置可以不处于波导的中心位置，也就是说关于左 右或者上下两个波导壁的镜像电流源所处的位置不同，则四个电流源构成一组， 其他单元就是这样一组电流源的简单重复。 第 m 行第 n 列单元组为：
Figure 3
这四个电流源所处点的坐标为
rnm1 (2na x0 , 2mb y0 ) rnm2 (2na x0 , 2(m 1)b y0 ) rnm3 (2(n 1)a x0 , 2(m 1)b y0 ) rnm4 (2(n 1)a x0 , 2mb y0 )
(1.1) (1.2) (1.3) (1.4)
无数组这样的电流源在波导中产生的场相互叠加，最后得到的叠加场为：
jk r r jk r r jk r r Ilˆ e jk r r e e e A r r r r r r r r 4 n m nm1 nm 2 nm 3 nm 4
R1=sqrt((rx-x1).^2+(ry-y1).^2); R2=sqrt((rx-x2).^2+(ry-y2).^2); R3=sqrt((rx-x3).^2+(ry-y3).^2); R4=sqrt((rx-x4).^2+(ry-y4).^2); U=exp(-1i*k*R1)./R1+exp(-1i*k*R2)./R2-exp(-1i*k*R3)./R3-exp(-1i*k*R4)./R4; if m==0&&n==0 [mm,nn]=find(R1==0); U(mm,nn)=(U(mm+1,nn)+U(mm-1,nn)+U(mm,nn+1)+U(mm,nn-1))/4; end A=A+U; end end A(find(abs(A))>2000)=2000; %对极值点进行截断 surf(rx,ry,mur/4/pi*abs(A)); view(0,90); title(strcat('K=',num2str(K))); axis([0,a,0,b,0,200]); colorbar;
矩形波导的设计讲解
矩形波导的设计讲解矩形波导模式和场结构分析第⼀章绪论1.1选题背景及意义矩形波导(circular waveguide)简称为矩波导，是截⾯形状为矩形的长⽅形的⾦属管。
若将同轴线的内导线抽⾛，则在⼀定条件下，由外导体所包围的矩形空间也能传输电磁能量，这就是矩形波导。
矩波导加⼯⽅便，具有损耗⼩和双极化特性，常⽤于要求双极化模的天线的馈线中，也⼴泛⽤作各种谐振腔、波长计，是⼀种较常⽤的规则⾦属波导。
矩波导有两类传输模式,即TM 模和TE 模。
其中主要有三种常⽤模式，分别是主模TE 11模、矩对称TM 01模、低损耗的TE 01模。
在不同⼯作模式下，截⽌波长、传输特性以及场分布不尽相同，同时，各种⼯作模式的⽤途也不相同。
导模的场描述了电磁波在波导中的传输状态，可以通过电⼒线的疏密来表⽰场得强与弱。
本毕业课题是分析矩形波导中存在的模式、各种模式的场结构和传播特性，着重讨论11TE 、01TE 和01TM 三个常⽤模式，并利⽤MATLAB 和三维⾼频电磁仿真软件HFSS 可视化波导中11TE 、01TE 和01TM 三种模式电场和磁场波结构。
1.2国内外研究概况及发展趋势由于电磁场是以场的形态存在的物质，具有独特的研究⽅法，采取重叠的研究⽅法是其重要的特点，即只有理论分析、测量、计算机模拟的结果相互佐证，才可以认为是获得了正确可信的结论。
时域有限差分法就是实现直接对电磁⼯程问题进⾏计算机模拟的基本⽅法。
在近年的研究电磁问题中，许多学者对时域脉冲源的传播和响应进⾏了⼤量的研究，主要是描述物体在瞬态电磁源作⽤下的理论。
另外，对于物体的电特性，理论上具有⼏乎所有的频率成分，但实际上，只有有限的频带内的频率成分在区主要作⽤。
英国物理学家汤姆逊(电⼦的发现者) 在1893 年发表了⼀本论述麦克斯韦电磁理论的书,肯定了矩⾦属壁管⼦(即矩波导) 传输电磁波的可实现性, 预⾔波长可与矩柱直径相⽐拟, 这就是微波。
他预⾔的矩波导传输, 直到1936 年才实现。
方形亥姆霍兹线圈磁场系统均匀性分析
龙源期刊网
方形亥姆霍兹线圈磁场系统均匀性分析
作者：刘坤张松勇顾伟
来源：《现代电子技术》2012年第07期
摘要：方形亥姆霍兹线圈用于模拟零磁场或量程范围内的任意大小和方向的磁场，其磁场均匀区与线圈结构尺寸有关。
为了得到其磁场均匀区与结构尺寸的关系，构建了方形亥姆霍兹线圈的数学模型，导出了线圈内部任意点的磁感应强度矢量表达式，得出了输出电流与产生磁场大小的对应关系，利用程控恒流源和磁强计跟踪补偿动态地模拟出稳恒磁场，对系统产生的磁场的均匀区进行了测定，分析表明，理论计算与实验结果有较好的一致性。
关键词：亥姆霍兹线圈；磁场模拟；均匀度；磁场补偿
中图分类号：TN911.7-34; TB972 文献标识码：A 文章编号：1004-373X(2012)07-0190-05。
矩形载流线圈的磁感强度
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百 的方 向垂直 Ｐ Ｑ且与电流成右螺旋关系 。 百 矢量在垂直 ｙ轴的平 面内 ， ｘ 即 与 轴正向夹角 等于 Ｑ Ｐ 。 ｚ Ｐ ’ 与 轴 夹角等于 ／ ２一／Ｑ Ｐ 。从而可得 百 的三个分量式 为 ： Ｐ’ 方向与电流方 向Fra bibliotek右螺旋关 系。
（】 Ｉ
矩彤载 流线圈是由四段载流直线组成 ． 园此完全可用这ｔ 式精确求出。 ｝
取矩形 线圈中心为坐标原点 ， 平行一边的方向为 ｘ 轴正 向， 平行另一边的方向为 Ｙ轴正向 ， ｚ轴垂直线圈平面 ， 轴正向 ｚ
与 电流方向成右螺旋关系， 如图所示 。
计算，而在磁场中 ，仅圆形 电流线圈轴线上的磁场 才可精确计 算， 其它各点的磁场园是椭圆积分则不能 。 园而对它 的磷场旯能
形成一个定性的概念 。 了对磷场 分布定量分析 ， 为 我们现在来讨 论矩形载流线圈的磷场。
真空中一段载 琉直导线的磁场公 式为 ：
矩形线圈的磁场计算_李景天
0J 4
h2
h1d z
a2 [ -
a1
( z - z ) i+ ( x + x ) ( z - z ) 2+ ( x + x ) 2
k]
k1x R 32
y+
k 1x + R 31
y
dx
( 3)
·62 ·
云南师范大学学报 ( 自然科学版)
第 17 卷
式中: R31 = ( k1x + y ) 2 + ( z - z ) 2+ ( x + x ) 2 ,
KEY WORDS Biot - Savart for mula square coil magnet i推导出具有一定厚度和长度的矩形线圈, 在空间中任 意点所产生的磁场的计算公式, 并通过实例计算验证其正确性。
2 矩形线圈的磁场计算公式
如图 1 所示建立坐标系, 设线圈沿 Z 轴方向的长度 ( 亦即线圈的高度) 为 h= h2- h1,
线圈沿 X 轴方向的内外长度为 a1 和 a2 , 沿 Y 轴方向的内外长度为 b1 和 b2, 单位体积内的
4结论本文从毕奥一南萨伐尔公式出发推导出矩形线圈在空间任意一点的磁场公式实例计算结果表明所推导出的公式是正确的可以很方便地用于工程设计中矩形线圈的磁场计算为矩形线圈的磁场计算问题提供了一套完整而有效的计算方法
第 17 卷 第 1 期 1997 年 3 月
云南师范大学学报
Journal of Y unnan N or mal U niver sity
矩形线圈的磁场计算*
李景天 郑勤红
( 云南师大化学系 ) ( 云南师大 物理系)
V ol. 17 N o. 1 M ar . 1997
激励线圈和感应线圈工作原理
激励线圈和感应线圈工作原理宝子，今天咱来唠唠激励线圈和感应线圈这俩有趣的玩意儿的工作原理哈。
咱先说说激励线圈。
你可以把激励线圈想象成一个超级热情的小太阳，不过它发出来的不是光和热，而是磁场呢。
这个激励线圈呀，只要一通电，就像被打了鸡血一样，开始产生磁场啦。
就好比你早上喝了一大杯咖啡，然后精力充沛地开始干活儿。
电流在激励线圈里跑来跑去，就像一群调皮的小蚂蚁在绕圈圈，它们这么一跑，就把周围的空间变得不一样啦，充满了磁场的力量。
你知道吗？这个磁场的大小和方向跟电流的大小和方向是有关系的。
电流越大呢，磁场就越强，就像你使的劲儿越大，能造成的影响就越大呗。
如果电流方向变了，磁场的方向也跟着变，就像你本来向前走，突然转身向后走一样。
而且呀，激励线圈的匝数也很重要哦。
匝数越多，磁场就越集中，力量也就更大啦。
这就好比人多力量大嘛，好多小蚂蚁一起绕圈，磁场能不强吗？再来说说感应线圈。
感应线圈就像是一个很机灵的小侦探，它在激励线圈产生的磁场里可不会闲着。
当激励线圈的磁场发生变化的时候，感应线圈就会有所察觉。
这就像是你周围的环境变了，你肯定能感觉到一样。
比如说，激励线圈的电流突然变大或者变小了，那磁场就跟着变化了，这个时候感应线圈就会说：“有情况！”然后呢，它就会产生感应电动势。
这个感应电动势是怎么来的呢？这就和磁通量的变化有关啦。
磁通量就像是磁场通过某个面的量，当这个量发生变化的时候，感应线圈就会产生电动势来反抗这种变化。
这有点像你在一个拥挤的人群里，有人突然往你这边挤过来，你就会本能地往后退或者往旁边躲一样。
感应线圈产生的感应电动势会试图让磁通量保持不变。
如果感应线圈是一个闭合的回路，那在这个电动势的作用下，就会有感应电流产生啦。
感应电流的大小和方向也有自己的规律哦。
根据楞次定律，感应电流产生的磁场总是要阻碍引起感应电流的磁通量的变化。
这就像是一个很倔强的小孩，你想让它这样，它偏要反着来。
比如说，当激励线圈的磁场增强的时候，感应线圈产生的感应电流的磁场就会和激励线圈的磁场方向相反，来削弱这种增强；当激励线圈的磁场减弱的时候，感应线圈的感应电流的磁场就会和激励线圈的磁场方向相同，来阻碍这种减弱。
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【激励与沟通】矩形激励线圈
的分析
xxxx年xx月xx日
xxxxxxxx集团企业有限公司
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矩形激励线圈的分析
摘要：本文由毕奥?D莎伐定律出发，首先讨论了由一定长度的线电流源和矩形环流源的磁感应强度分布，然后在此基础上，详尽的论述了基于体电流源的矩形线圈产生的磁场分布。
一、引言
载流线圈是大量电工设备中不可缺少的装置，是科学研究和工程问题中最常用的一种磁体，在线圈磁体的设计与研制中，常需要计算线圈的磁场分布。
由于工程实际需要和研究问题方便，人们对轴对称线圈进行了大量而广泛的研究，取得了大量成果。
在科学研究和工程设计中，矩形线圈的应用也是相当广泛的，但人们对矩形线圈的研究却很少，仅研究了长方形载流导体的磁场计算问题，而未真正涉及矩形线圈的磁场计算。
为了实现对弱磁场或者对不均匀磁场的测量，都需要一个激励源，以产生在一定体积范围内具有一定磁场强度（一般为几个nT到0.1mT）的匀强磁场。
在实际运用中，用于产生匀强的装置很多，如螺线管、Helmholtz线圈、矩形线圈等，在本文设计的无损检测系统采用的是矩形线圈，本文将对矩形线圈产生匀强磁场的原理及计算方法进行详尽的分析。
二、具有一定长度带电直导线的磁场计算
根据毕奥?D莎伐定律，空间线电流源产生的磁场强度为：（1）
式中：B?D空间点的磁感应强度，其方向垂直于直导线与空间点构成的平面；
?D真空导磁率（4p´10-7T×m/A）；I?D导线的电流强度；l?D导线长度；
R?D源点到场点的距离；eR?DR方向的单位矢量。
为了计算具有一定长度的电流源在其周围产生的磁场，建立如图1坐标系，并用毕奥?D莎伐定律的积分形式：（2）
电流的方向为Ii （x方向），场点坐标为P(0，0，Z)=Zk，而导线上的点可以表述为(x，Y，0)=xi+Yj，则有带入上式，利用计算可得：
（3）
（4）
（5）
（6）
对于一般的情况而言：
?D该空间点到带电导线的垂直距离，即|PQ|，；
a?D导线底端到该空间点在导线上投影间的距离，即|QA|；
b?D导线顶端到该空间点在导线上投影间的距离，即|QB|；
Y?D 在XOY平面的投影，即|OQ|；
Z?D 在XOZ平面的投影，即|OP|。
这样空间点与其在导线和XOY平面的投影点构成一直角三角形DPOQ。
三、矩形环流的磁场计算
矩形线圈的每匝相当于矩形环流，因此我们首先分析矩形环流在空间任意一点的磁感应强度的计算。
这里使用叠加原理，即考虑在空间中矩形环流四条边（有一定长度的带电导线）的叠加效果，从而可得到在Z方向上的磁感应强度的矢量和为：
（76）
式中的B1z、B2z、B3z、B4z分别表示的是矩形线圈四条边对空间点产生的Z方向上的磁感应强度，也就是由公式（5）推导得到的结果。
对于1边产生的磁场，首先做出如图2中的三角形，依据上一部分的推导可以很容易得到该条边产生的Z方向的磁感应强度，其他几条边的推导相同，在此不再赘述。
（8）
式中：I?D矩形环流的通电电流强度；
P?D空间点，坐标为（X，Y，Z）；
2a、2b?D矩形线圈的长和宽。
本文设计的矩形线圈将用于无损检测的激励磁场的产生，因此关心的是矩形每条边垂直方向的磁感应强度的变化情况，也就是1、3边将产生的x方向上的磁感应强度，以及2、4边产生的y方向上的磁感应强度，因此有以下的结论：
（9）
（10）
四、矩形线圈磁场的积分计算
以上对一定长度的带电导线以及矩形环流在其四周产生的磁感应强度进行了分析，下面在此基础上详尽介绍矩形线圈作为激励源产生的磁场分布。
为了便于分析，对矩形线圈建立如图3的坐标系，由体电流源产生的磁感应强度，可以通过下式进行计算：（11）
对于矩形线圈建立的坐标系，可以知道，一个场点的矢量可以表述为：，一个源点的矢量可以表述为，空间任意点的磁感应强度可以看作是矩形四边的线圈共同作用的结果，同样有以下的结论：
对于区域1和区域3只可能产生x、z方向的磁感应强度，而区域2和区域4只可能产生y、z方向的磁感应强度，下面分析区域1产生的磁场分布：
由（11）式可得：
（12）
其中：；
在这里考虑的是矩形线圈，线圈的厚度相同，因此这里k1=1，其它几个方向在其周围产生的磁感应强度推导过程相同，其各自的电流可以分别描述为-Ji，-Jj，Ji，其具体的论证在此就不再赘述，以下就是分析得到的结果：（13）其中：；
另外，对于区域3有：（14）
其中：；
对于区域4有：（15）
其中：；
因此对于空间任意一点，在坐标轴方向上的磁感应强度的分布可以通过下列计算式进行计算：
(16）
下面分析y方向上的磁场分布情况：
(17）
矩形线圈的四条边对空间的任意一点都会产生z方向上的磁场，因此由下式存在：
（18）
下面再介绍一下对上述（12）、（13）、（14）、（15）式进行数值积分计算的方法。
在此介绍的使用复化梯形的方法，其积分形式如下：
对区间[a，b]和[c，d]分别选取正整数m和n，在x轴和y轴上分别有步长：
用复化梯形公式计算，计算中将x视为常数，有：
（19）
在将y当作常数，在x方向上计算（19）式，最终可得到下面的结论：
（20）
由分析可知，积分区域的4个角点的系数是1/4，4个边界的系数是1/2，内部的节点的系数是1，积分结果的误差可以通过下式得到：（21）其中和在积分区间内。
五、总结
本文从毕奥?D莎伐定律关于计算线电流源、体电流源的理论出发，由简入深的讨论了矩形线圈的磁场的理论分析和计算，并通过实际模型的测试，证明了本文的数值计算方法是行之有效的，也对进行矩形线圈的设计提供了思路。
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