電場E的案例
Simdroid電磁分析
Simdroid電磁分析類型
電磁分析可以求解二維/三維模型的電場以及磁場。
?靜磁場分析：用于計算由直流電流或永磁體所引起的空間磁場分布，可以計算磁矢勢A、磁場強度H、磁感應強度B等場量，以及電磁力F等相關物理量，一般用于磁路校核、直流電阻、直流電感計算等應用場合。
? 時諧磁場分析：用于計算正弦/余弦電壓、電流激勵所引起的空間磁場分布，可以計算磁矢勢A、磁場強度H、磁感應強度B等場量，以及渦流損耗等相關物理量，一般用于趨膚效應/鄰近效應分析、損耗計算、交流電阻、交流電感計算等應用場合。
? 瞬態磁場（場-路耦合）分析：用于計算由時變電流/電壓、永磁體所引起的空間磁場分布，可以計算磁矢勢A、磁場強度H、磁感應強度B等場量，以及轉矩等相關物理量，一般用于旋轉/直線電機性能分析、電磁作動器電磁分析等應用場合。
? 靜電場分析：用于計算由電荷密度或電勢所引起的空間電場分布，可以計算電勢V、電場強度E等場量，以及電磁力F等物理量，一般用于變壓器、絕緣子、電力金具等設備絕緣校核以及電容矩陣的計算。
? 直流傳導場分析：用于計算直流電流或直流電壓作用于導體上的穩態電流場，可以計算電勢V、電場強度E等場量，以及電導G等物理量，一般用于電力設備直流絕緣特性分析等計算。
? 交流傳導場分析：用于計算正弦/余弦電壓、電流激勵作用于導體上的時諧電流場，可以計算電勢V、電場強度E等場量，以及電導G等物理量，一般用于分析正弦/余弦激勵下電力設備的絕緣特性等領域。
? 瞬態電場分析：用于計算任意時變電流或電壓作用下的電場分布，可以計算電勢V、電場強度E等場量，以及歐姆損耗等物理量，一般用于分析時變激勵下電力設備的耐壓特性等領域。
展開 ANSYS APDL中的壓電分析
由于在機械自由條件下存在由形變而產生的附加電場，而在機械受夾條件下則沒有這種效應，因而在兩種條件下測得的介電常數數值是不同的。根據上面所述，沿3方向極化的壓電陶瓷具有四個介電常數，即ε11T，ε33T，ε11S，ε11S。
2. 壓電矩陣（Piezoelectric matrix）
對于一般的固體，應力T只引起成比例的應變S，用彈性模量聯系起來，即T=YS；壓電陶瓷具有壓電性，即施加應力時能產生額外的電荷。其所產生的電荷與施加的應力成比例，對于壓力和張力來說，其符號是相反的，用介質電位移D（單位面積的電荷）和應力T（單位面積所受的力）表示如下D=Q/A=dT。式中，d的單位為庫侖/牛頓（C/N），這正是正壓電效應。還有一個逆壓電效應，既施加電場E時成比例地產生應變S，其所產生的應變為膨脹或為收縮取決于樣品的極化方向。S=dE 式中，d的單位為米/伏（m/v）。上面兩式中的比例常數d稱為壓電應變常數。對于正和逆壓電效應來講，d在數值上是相同的。
對于企圖用來產生運動或振動（例如，聲納和超聲換能器）的材料來說，希望具有大的壓電應變常數d。另一個常用的壓電常數是壓電電壓常數g，它表示內應力所產生的電場，或應變所產生的電位移的關系。常數g與常數d之間的關系如下：g=d/e 此外，還有不常用的壓電應力常數e和壓電勁度常數h；e把應力T和電場E聯系起來，而h把應變S和電場E聯系起來，既T=-eE E=-hS
與介電常數和彈性常數一樣，壓電陶瓷的壓電常數也與方向有關，并且也需考慮“自由”，“夾持”、“短路”、“開路”等機械的和電學的邊界條件。因此，也有許多個壓電常數。
3.彈性系數矩陣（elastic coefficient matrix）
壓電陶瓷是一種彈性體，它服從胡克定律：“在彈性限度范圍內，應力與應變成正比”。
展開 光纖傳感器在磁控濺射鍍膜溫度的監測
磁控濺射原理
磁控濺射的工作原理是指電子在電場E的作用下，在飛向基片過程中與氬原子發生碰撞，使其電離產生出Ar正離子和新的電子；新電子飛向基片，Ar離子在電場作用下加速飛向陰極靶，并以高能量轟擊靶表面，使靶材發生濺射。在濺射粒子中，中性的靶原子或分子沉積在基片上形成薄膜，而產生的二次電子會受到電場和磁場作用，產生E（電場）×B（磁場）所指的方向漂移，簡稱E×B漂移，其運動軌跡近似于一條擺線。若為環形磁場，則電子就以近似擺線形式在靶表面做圓周運動，它們的運動路徑不僅很長，而且被束縛在靠近靶表面的等離子體區域內，并且在該區域中電離出大量的Ar 來轟擊靶材，從而實現了高的沉積速率。隨著碰撞次數的增加，二次電子的能量消耗殆盡，逐漸遠離靶表面，并在電場E的作用下最終沉積在基片上。由于該電子的能量很低，傳遞給基片的能量很小，致使基片溫升較低。
磁控濺射是入射粒子和靶的碰撞過程。入射粒子在靶中經歷復雜的散射過程，和靶原子碰撞，把部分動量傳給靶原子，此靶原子又和其他靶原子碰撞，形成級聯過程。在這種級聯過程中某些表面附近的靶原子獲得向外運動的足夠動量，離開靶被濺射出來。磁控濺鍍便是利用磁控濺射技術一種常見的表面處理技術，用于給材料表面鍍上一層薄膜。下面工采網小編通過本文介紹一下磁控濺鍍常用的溫度是多少?以及如何檢測磁控濺鍍的溫度變化。
磁控濺射鍍膜其溫度控制是非常重要的一步。不同的靶材和襯底需要不同的溫度處理，一般在室溫到數百攝氏度之間。溫度對磁控濺射鍍膜的 形貌，晶體結構，純度和結合能等性質都有很大的影響，需要的注意的是對于金屬靶材，通常需要較高的溫度，以使金屬原子蒸汽化和擴散。
展開 新磁流體發電機--用磁場中的“電子管”來發電的設備！
兩者之間就會形成一個很強的外加電場E，電場方向垂直金屬板B的平面，方向向下）。
4、在金屬板A與金屬板B之間加入一個強磁場，磁場方向與金屬板A、B平面平行，與外加電場方向垂直,與電子收集板平面平行。磁場方向如圖2所示，磁感應強度為B（×表示磁場方向）。
5、金屬板A與金屬板B之間放置多塊長方形金屬薄板（如圖2所示），各塊薄板互相平行，之間通過導線相連在一起構成接收器（下文也稱電子收集板）。每塊電子收集板的長邊與金屬板A邊長等長，長邊水平放置，與金屬板A 的一邊平行，寬小于金屬板A、B之間的距離，寬邊垂直水平面（如圖2所示）。發電裝置內，金屬板A、金屬板B、接收器之間不接觸，完全絕緣。
6、電子收集板需保持較低工作溫度，所以要額外使用降溫系統。降溫系統實現方案：在電子收集板內有夾層，可讓液氮流過夾層來帶走廢熱，保持低溫。
7、熱源以較高功率持續加熱發射板A，保證發射板在輻射電子流后損失熱能后仍能保持在正常的工作溫度（700-900攝氏度）。
發電過程：熱源持續均勻加熱金屬板A發射器，達到工作溫度后，發射器開始向外持續輻射熱電子流，熱電子流在外加電場作用下，趨向向上運動，運動的電子流在磁場作用下轉向，到達電子收集板（需磁場磁感應強度B足夠大），發射器與接收器就形成了較高的電勢差。當兩者通過外電路接通時，負載上就有電流通過，這就是發電過程。
能量轉換過程:由于引入外電場E一定程度上抵消了逸出電場的影響，發射器可發射高強度的熱電子流，熱源加熱發射器的熱能被大功率轉換為熱輻射電子逸出功與初動能。運動的熱電子流垂直穿越磁場時,在洛倫茲力作用下轉向，到達收集器（各電子收集板之間有導線互連構成收集器），最終從收集器上連接負載，就可以和發射器構成回路，而獲得電功率。由于定向電子流相對于磁場垂直運動的速度很快，因此可以產生很高的感應電動勢。
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幾張動圖展示傳輸的準TEM模式
1、這是電場E
2、這是磁場H
3、同時查看E、H和坡印廷矢量
基于HFSS設計一種新型圓極化天線
一、天線外形
天線采用雙程基板FR4，輻射單元是在圓形導體上開槽，一個十字行的開槽，改變電流的軌跡，實現電場E的90度相位差。
二.表面電流動態圖，可以清楚看出極化的方向
回波損耗S11情況。可以看到，諧振點在1.54G 左右，且低于-30Db，效果良好。
軸比和極化情況，可以在增益圓圖看出，實現的是右圓極化，且極化效果很好
總結：本文提出一種新型圓極化設計，可以為工程師實現天線極化要求提供一些參考。
最后，有相關需求歡迎通過微信公眾號聯系我們。
Ansys Lumerical | 薄膜鈮酸鋰電光相位調制器
步驟1：電學仿真
在步驟1中，我們使用CHARGE求解器來仿真施加電壓偏置后鈮酸鋰（LN）脊波導中的電場分布。通過金電極以地-信號-地的配置施加電壓偏置。信號電極上施加從0V到5V的電壓，間隔為0.5V。地電極上施加的電壓保持固定在0V。所得電場結果將被用于通過Pockels效應計算LN材料中的折射率擾動。
在電學仿真中我們將得到以下結果：
靜電結果：靜電場數據集提供了許多數值，包括CHARGE模擬的重要結果，即電場（E場）在電容板之間的數值。
電光折射率擾動：使用電場（E場）數值，經計算可以得到施加電場后的的空間矢量折射率和所加電場導致的折射率差值，其中折射率的變化dn如下圖所示。這兩個值將用于后續的光學仿真
步驟2：光學模擬
根據步驟1中進行的折射率擾動計算，創建了一個擾動nk材料模型，并將其應用到LN波導結構中。然后，使用FEEM求解器來計算波長為1.55微米時波導中的模式。這些操作在一個for循環內執行，其中每次迭代對應一個電壓點。我們通過掃描TE基模，并繪制有效折射率隨施加電壓的變化。我們還計算相關的損耗（以dB/cm為單位）和不同電壓下的電壓-長度乘積 VπL。
首先，通過FEEM求解器，我們得到了在0-5V電壓下，LN脊波導的TE基模。根據TE基模的模式輪廓，發現在金屬電極下方出現了延伸的耗散尾巴。需要注意的是，x-cut 的鈮酸鋰易于發生模式混合，因為模式平面經歷了兩種不同的折射率[2]。此外，波導的TE模式和TM模式很可能與電介質-金電極界面上的等離子激元模式發生混合，從而產生這些長的耗散尾巴。因此，我們使用FEEM仿真結果中的TE極化分數來仔細識別TE模式，認為大于極化分數95%的為TE模式。
展開 MCGrating光柵設計軟件案例（一）（二）
案例一：在45°入射下TE偏振的平面波在波紋波導中的單共振激發
設置用于掃描結構內部和環境介質中的電場模式 E 。
打開源文件 Single_TE_Res_45deg.cha，點擊 Run 按鈕，然后點擊 Graph 按鈕。
如有必要，可從 Graph 窗口打開 View，并選擇 Front 。
案例二：在正常入射下TE偏振的平面波在波紋波導中的雙共振激發
第一步、設置用于掃描結構內部和環境介質中的電場模式E。
打開源文件 Doub_TE_Res_Refl_Field.cha ，點擊 Run 按鈕，然后點擊 Graph 按鈕。如有必要，可從 Graph 窗口打開 View ，并選擇Front。
第二步、反射掃描的角度和波長都接近于共振值。
點擊 Settings -> Scanning， 啟動 Scanning 。
點擊 Run 按鈕，等待執行結果，然后點擊 Graph 按鈕。如有必要，可從 Graph 窗口打開 View，并選擇 Top Color Image 和 Color Scale
后期將持續更新 MCGrating 光柵設計軟件 的案例，請關注我們哦~
展開 Nature Materials：二維范德華磁體的電場翻轉
然后通過電場差異對其進行歸一化，黑色和紅色實線分別是磁場的前向和后向掃描。對于CrI3單層，在0.34 V nm-1和-0.34 V nm-1下減去M-H曲線獲得的。
圖4：雙層CrI3中磁順序的電切換
a: 磁化M（右）和標準化的磁化M/Mo（左）作為施加電場E下的函數；
b:在恒定磁場（0.44T）下周期性施加電場來重復切換磁順序。
【小結】
該團隊在AFM雙層CrI3中觀察到大的線性ME效應，其使材料中的磁性的電控制成為可能。在AFM-FM自旋翻轉相變附近，已經使用場效應器件證明了磁序的可逆電場切換。他們的研究結果證明了2D范德華磁體在電控非易失性存儲器、自旋電子和電子器件應用的獨特潛力。
文獻鏈接：Electric-field switching of two-dimensional van der Waals magnets（Nature Materials.2018, DOI: 10.1038/s41563-018-0040-6）
展開 利用Q2D分析傳輸線的串擾
線寬加寬后電場E幅度對比：
明顯線寬加寬后，在攻擊線處的電場幅度要小，類似于平行板電容器，面積越大，對電場的束縛越大，電場越不容易往外傳播；
線寬加寬后磁場H幅度對比：
為什么磁場的幅度變化不大？因為磁場是沿著信號路徑畫圈圈的，加大線寬對信號路徑的回路大小幾乎沒有影響。
特別注意：雖然增大線寬可以減小互容和互感，但是從下面表格數據對比可以看出，互容和互感值變化平緩，即增大線寬可以減輕串擾，然而改善效果有限。
2.3 添加防護布線是否有用？
增加防護布線（短路）可以減小傳輸線間的互容和互感，尤其是線間距越大，效果越好；
添加防護布線后電場分布：
因為電場總是由高電壓向低電壓，由正電荷向負電荷移動，添加防護布線后，有部分電力線會回歸到中間的GND上，到達攻擊線上的電力線就少，串擾自然也就減弱了。
展開 趣談基本傳輸線結構演變
撇開抽象的電磁波傳播模式不談，你只須知道，只有插芯波導可以傳輸TEM模，自然同軸線里面傳輸的也是TEM模，它的子孫因為血統不純正，只能傳輸非正統的TEM模，也就是“準TEM”了，下面來看看正統的TEM是什么樣的：
紅色為電場E，藍色為磁場H。
上面是從場的角度來認識同軸線，那么同軸線的特征阻抗又有啥變化規律呢？
真正的傳輸線特征阻抗計算公式是比較復雜的，對于做項目的人來說，沒必要去掌握那些復雜的數學公式，簡化的公式同樣可以達到目的，如下圖所示的簡化公式，簡單認為阻抗只跟電容有關系，而電容直接借用平行板電容的公式。
為什么只考慮電容呢？因為在高速信號領域，電感的理解比電容更難，存在多種電感的概念，比如：自感、互感、局部電感、回路電感，尤其是回路電感，這就涉及到信號路徑和信號的返回路徑概念，比較抽象，因此可以摒棄電感，只考慮電容對阻抗的影響。
電容的理解就很簡單了，它是兩個物體之間的固有屬性，跟物體的尺寸和材料屬性密切相關，根據公式可以知道，高介電常數的材料電容大，相對面積大，電容也大，間距大，電容就小。對于同軸，它的電容就是內導體和外導體之間的互容C11。
同軸內導體半徑r1對電容和阻抗的影響
從上面的闡述可以知道，如果同軸的內導體半徑r1在增大，它與外導體的相對面積就會增大，同時跟外導體的間距也會減小，這都將導致電容C11增大，自然同軸的特征阻抗就會變小，你可以用Q2D很輕松的完成這個驗證，參考下面兩圖。
展開 
今日Nature: 鐵電疇壁再發正刊，調制微波器件
圖2：(a)(b)薄膜樣品在不同電極尺寸下，1 GHz至10 GHz測得的質量因子Q關于電場E的諧振譜；(c)圖a和b中在每個頻率的質量因子Q的最大值.
采用傳統壓電效應的可調電容中，質量因子Q的諧振峰均為分立，且在電場調制作用下一般只有幾百MHz的變化。作為對比，鐵電相Ba0.8Sr0.2TiO3薄膜的質量因子Q在1 GHz至10 GHz的測量頻譜內，其平均值在100至1000之間，受電場作用連續可調；并且其諧振峰不隨電極尺寸而變化，進一步驗證了其工作機制不是壓電效應（圖2a，2b所示）。
為了解釋試驗中觀察到的高電容比率n和連續的質量因子Q諧振譜，利用分子動力學模擬了BaTiO3薄膜在微波頻率下，稍低于居里相變溫度時的原子運動軌跡。經過計算發現，因薄膜工作溫度十分接近居里相變溫度，導致跨越相鄰疇壁間的能量壁壘顯著降低，在微波信號的激勵下，相鄰鐵電疇中的極化翻轉引起了鐵電疇壁的諧振，而其諧振頻率可受外加電場調制，從而形成連續諧振譜。形成此疇壁諧振的關鍵在于工作溫度十分接近居里溫度，使得薄膜處于弱鐵電相中，從而降低極化翻轉勢壘；同時，其疇壁區域因接近居里溫度而增大，從而使得疇壁諧振的對品質因子Q的增強作用不會被薄膜中的塊體區域所掩蓋。
復旦大學江安全教授點評道：
這是理論模擬與實驗結果完美結合的典范：通過薄膜與襯底的晶格匹配應力，調控鐵電居里溫度接近室溫附近，產生了大量的微疇，具有較高的疇壁密度；微疇壁的振動具有較低的能量損耗，馳豫時間接近了微波激勵頻率，對微波介電響應產生了巨大的貢獻；在直流偏壓的作用下，電疇長大，疇壁密度減小，同時馳豫時間延長，介電響應急遽下降，實現了電容的寬頻微波調制，同時Q品質因子接近100-1000。而基于傳統壓電效應的鐵電薄膜器件一般無法突破幾百MHz最高頻率的介電響應極限。
展開 Ansys Lumerical | 單行載流子光電探測器仿真方法
Electron., E83-C, 938 (2000)
2.Beling et al., Opt. Expr., 21, 25901 (2013)
3.Piels et al., Opt. Expr., 21, 15634 (2013)
ABAQUS用戶定義單元UEL與VUEL從入門到放棄系列2 ￥50
今日份正事，給大家簡單講一講ABAQUS中的壓電耦合單元C3D8E。
那么什么叫壓電耦合單元呢，簡單的說就是你給它加載電壓（電勢的差，ABAQUS中為位移加載），那么就會引起單元力學場的變化，比如位移、應力、應變等等；同樣的你給它加載力或者位移，亦會引起單元電場的變化。
單元壓電耦合場的廣義本構方程表示如下：
即為：廣義應力=廣義彈性矩陣·廣義應變。其中廣義力中D為電位移，廣義應變中E為電場強度。
在廣義彈性矩陣中，C矩陣為力學場的彈性矩陣，e矩陣為壓電常數矩陣，右下角為介電常數矩陣。亦可展開如下表示（某種材料的參數，如果是特殊材料e矩陣中非0常數會更多或者更少，由材料本身決定）。
本構關系的張量表達式為：
其中，廣義應變的有限元格式可表示為：
其中，電場強度E為負的電勢梯度：
則廣義應變列陣記為：
那么，單元的剛度矩陣可以表示為：
其中Kuu為C3D8原本的剛度矩陣，Kuv與Kvu為壓電耦合剛度矩陣，Kvv為電場的廣義剛度矩陣。
ABAQUS中的C3D8和C3D8E都是做了一些剛度修正的，比如C3D8為了防止單元自鎖，采用了B-Bar方法，得出的剛度矩陣是介于C3D8和C3D8R之間的值，同樣的C3D8E也有一些類似的修正，以下我將提供一個不包含修正的版本，對ABAQUS剛度修正方法感興趣的朋友可以去拿去跟ABAQUS CAE對比。
展開 Lumerical 單行載流子光電探測器仿真方法
Electron., E83-C, 938 (2000)
2.Beling et al., Opt. Expr., 21, 25901 (2013)
3.Piels et al., Opt. Expr., 21, 15634 (2013)
翻譯：摩爾芯創-Bob
