同轴电缆的电场3D仿真

1、同轴电缆的电场3D仿真目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark13 o Current Document 课程设计的目的与作用11.1设计目的1 HYPERLINK l bookmark17 o Current Document 设计任务及所用Maxwell软件环境介绍12.1设计任务12.2 Maxwell软件环境2 HYPERLINK l bookmark21 o Current Document 电磁模型的建立2 HYPERLINK l bookmark25 o Current Document 3.1建模并设计模型属性23.2选择求解器类型23.3建立

2、内心圆柱模型3 HYPERLINK l bookmark28 o Current Document 3.4设置材料属性5 HYPERLINK l bookmark31 o Current Document 3.5设定激励源5 HYPERLINK l bookmark34 o Current Document 3.6设置计算参数6 HYPERLINK l bookmark37 o Current Document 3.7检验所有设置是否正确并求解8 HYPERLINK l bookmark40 o Current Document 电磁模型计算及仿真结果后处理分析8 HYPERLINK l bo

3、okmark43 o Current Document 4.1电场强度分布8 HYPERLINK l bookmark46 o Current Document 4.2电通密度分布10 HYPERLINK l bookmark49 o Current Document 4.3电位分布11 HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 4.4电能量的计算12 HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 设计总结和体会14 HYPERLINK l bookmark58 o Current Document 参考文献14课

4、程设计的目的与作用1.1设计目的：本次课设是同轴电缆的电场仿真，通过设计与仿真验证理论的真实性，以便 使我们更好的理解实体的理论，才能更好的深度学习电磁场的知识。通过对典型 电磁产品的仿真设计，并模拟电磁场的特性，将理论与实践有效结合，强化学生 对电磁场与电磁波的理解和应用，提高教学质量。1-2设计作用：总体要求：熟练使用Ansoft Maxwell仿真软件，对电场， 磁场进行分析，了解所做题目的原理。利用Ansoft Maxwell软件仿真简单的电 场以及磁场分布，画出电场矢量E线图，磁感应强度B线图。并对仿真结果进行 分析，总结。将所做步骤详细写出，并配有相应图片说明。设计任务及所用Max

5、well软件环境介绍2.1设计任务：同轴电缆的电场仿真如图2所示，同轴电缆模型。内导体半径为20mm，外导体半径为160mm，外导体 厚度为20mm。内导体和外导体均用银(silver)，内外导体间填充树脂玻璃(Plexiglass)(3.40,0.0051)。(1)内导体电势为380V，外导体电势为0。2.2Maxwell软件环境：Ansoft Maxwell是低频电磁场有限元仿真软件，在工程电磁领域有广泛的应 用。它基于麦克斯韦微分方程，采用有限元离散形式，将工程中的电磁场计算转 变为庞大的矩阵求解，使用领域遍及电器、机械、石油化工、汽车、冶金、水利 水电、航空航天、船舶、电子、核工业、兵

6、器等众多行业，为各领域的科学研究 和工程应用作出了巨大的贡献。电磁模型的建立3.1、建模并设置模型属性1、打开 Ansoft Maxwel 1，单击 project，选择 Insert Maxwell 3D Design 建立一个3D模型。3.2选择求解器类型：选择电场一静电场(Maxwell 3D SolutionTypeElectrostatic)。3.3建立内心圆柱模型：DrawCylinder在Z处输入Z轴起点坐标-1000。lx： o IIy： oZ：-1000|Absolut 干Cartesiain 亍rrirn .在Y出输入圆柱半径20。既 J| d；20dZ；R.efative

7、 Cartesian Tmm在Z处输入圆柱高度2000。dX: 0|dY:0dZ:2000Relative Cartesian trim调整圆柱视角 改为Z轴俯视。单机选中cylinderctrl+cctrl+v复制5个圆柱。目夕 SolidsB- S vacuum： g “夕汇/lindEriJ=.O CreateCylinderI 日& Cylmd er20 CreateCylinder 白.& Cylinder=Q 匚 reateCyhnder自& Cylinder4:“O 匚reateCylinder白Cylinders0 Createtylinder Coordinate Syste

8、ms宙.屋 Planet由够Lists双击cylinder2树图下的cratecylinder，将半径改为160。Properties; ProjectZ - MaxwlIBDOesignL - ModelerCcnn：iJil已ValueVm tEveluai d. 7.BssariptioiiComm andCreateCyliDderC：DTd.131411.GLali41匚ontdir Foe ,0 ,-LOQDITfTithti j Dnih ,.Zie|ITfTiIWmHeiglitSCMOJITl3：CChnWuTiber.00Cylin derlCylin der2r Shbi

9、v Hiddan同理分别双击Cylinder4,Cylinder5树图下的createcylinder,并分别设置半径 160, 180。再按住ctrl键从外层到内层一次单击选中Cylinder5,Cylinder4两个圆柱。在 选中任意一个图标上单击右键EditBooeansubteact，如上。3.4.设置材料属性双击 Cylinderso单击Edit后可以修改介质属性，属性为银（silver），将名称修改为“0”表示 最内层。同理双击Cylinder2,修改其介质属性为树脂玻璃（Plexiglass），将名称修改为 “1”表示中间层。双击Cylinder5，修改其介质属性为为银（silv

10、er），将名称 修改为“2”表示最外层。曰夕 Solids闩- pl&glgI： I亩-夕i白silver由-夕0:亩“夕目.但 Coordinate Syctem-恩 Global田.夸 Planes亩Li sts3.5设定激励源在圆柱0上单击鼠标右键assign excitationvoltage,将最内层电压设置为 380V。同理将最外层圆柱2的电压设置为0V。3.6设置计算参数计算电容值：Maxwell 3DParametersAssign Matrix。设置求解器收敛判据：Maxwell 3D Analysis SetupAdd Solution Setup设置最大迭代次数10次，设

11、置误差小于：5%。设置每次迭代加密部分比例：50%。3.7检验所有设置是否正确并求解先单击小对沟，后单击小感叹号，开始求解。4电磁模型计算及仿真结果后处理分析4.1电场强度分布全选中模型，右键选择FieldsEMag_E在此获得电场强度分布图E1=240.45 与ansoft仿真得到的曲线基本符合获得电场图场量的大小随着半径变化曲线的绘制；绘制变化曲线需要引入一条辅助线，单击菜单栏的 Drawline由圆心向外画一条辅助线，图中黑色的直线。单击菜单栏 Maxwell 3DResultsCreate Fields ResultRectangular Plot(2-MwmI-WFtail-SDLW

12、 FyuII NbmUDOiiiL MT Ffai iqB* fia Edit Mim- hrgtd Mn心 Mrawl 3D Todi Virdw HiD=却葺.sildmE1 此心 0*1+9 Ehdi UJUitft FiwSnW BiaJi IjimAiva|f Aadiic京 GfKIMCniE四 kiZ la-S 15 fI*l LKi*t匕 IThU Ilwl E ferfi m h ii. | + Tr-cji-: rikhVh-iA-:单击Ceometry的小箭头后选择Polylinel沿半径计算，然后在quantity中选择Mag E产生电场强度曲线，最后单击New Rep

13、ort即生成电场随半径的变化曲线。4.2电通密度分布全选中模型，右键选择FieldsDMag_D在此获得电通密度分布图D=7.23*10-9 与ansoft仿真得到的曲线基本符合Io地旭m /叮-|T| / I 3tv |国源和f。|Hi ipNew ReportCalouktor Ex|Category: Qutput Viai日blesTrace F：=unilies F：=unili asfcalculatorComolex Ex T Th 叽4.3电位分布全选中模型右键选择FieldsVoltage在此获得电位分布图与ansoft仿真得到的曲线基本符合4.4电能量的计算单击菜单栏 Ma

14、xwellFieldsCaometry点击Quantity选择EnergyGeomtry选择一All0bjects点击积分符号 点击Eval。Quantil Geometry.Conslanf +Numtei.Functbn.Read.TangentNormalFu;k IP中| =ILF I =!Dn I ZwchGecm Gettings.Unit Vec-RdNL LheP Surface* VolunneL Coord如下图计算结果为:由解析法算的电场能量W=1.139*10-5J/m与ansoft仿真得到的曲线基本符合5设计总结和体会作为一名电子信息工程专业的学生，我觉得本次电磁课程

15、设计是十分有意义的。 在自己不断的努力下，经过自主学习完成本次课程设计。从中我们学习到了很多 东西，像如何应用Maxwell软件仿真，对实际问题进行分析。我们在设计过程中， 经过不断的更改与设计，努力做到完美，完善，让自己做的课题接近于期望的结 果，但是还是会有一些不足，但是这些并不能影响整体的效果。这也是我们学习 中自主学习的表现，也是锻炼我们自主思考能力的方法。经过本次课程设计，我 们每个人都会受益匪浅，也会在今后的学习和生活中收获更多。6参考文献：参考文献：Ansoft 12在工程电磁场中的应用赵博张洪亮等编著Ansoft工程电磁场有限元分析刘国强等编著电介质电容率及其应用张白珊编著Ansoft HFSS入门教程与仿真实例冯奎胜