磁場(chǎng)H
關(guān)注創(chuàng)建者：光芯片高頻實(shí)驗(yàn)室 創(chuàng)建時(shí)間：2019-08-12
磁場(chǎng)H的視頻教程
H-fei法計(jì)算超導(dǎo)體磁場(chǎng)
H?phi方法由磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H和磁標(biāo)勢(shì)phi組合而成，在超導(dǎo)區(qū)域(有電流存在)求解磁場(chǎng)強(qiáng)度，在空氣域中(沒有電流存在)僅求解磁標(biāo)勢(shì).
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HFSS準(zhǔn)確讀取近場(chǎng)輻射（near fields）值得兩種方法
在NFC仿真、無線充電仿真、RFID仿真等應(yīng)用中，為了準(zhǔn)確讀取特性位置得電場(chǎng)E和磁場(chǎng)H的具體值，不能粗略的觀察輻射場(chǎng)云圖，必須要有精確的量化數(shù)據(jù)，HFSS提供了兩種方法，可以準(zhǔn)確讀取近場(chǎng)-電磁和磁場(chǎng)的值，具體可以見視頻講解。
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磁場(chǎng)H的實(shí)例教程
求解場(chǎng)量與物理量
? 物理量：電磁力、力矩、電感、歐姆損耗、鐵芯損耗、磁鏈、電導(dǎo)、導(dǎo)納等；
? 場(chǎng)量：磁矢勢(shì)A、磁場(chǎng)強(qiáng)度H、磁感應(yīng)強(qiáng)度B、電流密度J、電勢(shì)V、電場(chǎng)強(qiáng)度E、電磁力F等。
1、這是電場(chǎng)E
2、這是磁場(chǎng)H
3、同時(shí)查看E、H和坡印廷矢量
問題描述：求解一段通有100A電流的銅導(dǎo)線在穩(wěn)定磁場(chǎng)中的受力情況。磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生。磁性材料為材料庫中的NdFe35。磁性材料屬性如下定義（X方向磁化）。
模型圖如下。其中紅色框線為求解區(qū)域。
注：磁體外部磁感線設(shè)置方向是從+X面出發(fā)垂直穿過導(dǎo)線進(jìn)入-X面。即+X面是N極，-X面為S極。
Maxwell前處理
求解樹如下圖：
Boundaries邊界條件：這里邊界條件未指定，系統(tǒng)自動(dòng)選取默認(rèn)邊界條件加載到物體外邊界。
Excitations激勵(lì)：在導(dǎo)線兩個(gè)端面加載100A穩(wěn)定電流，兩端面電流大小方向均一致都流向+Y方向（注意斷開導(dǎo)體端面需與求解區(qū)域表面重合，否則無法計(jì)算）
Parameters參數(shù)：選中通電導(dǎo)線然后添加Force力參數(shù)。
Mesh operations網(wǎng)格劃分：右擊鼠標(biāo)選擇Assigned>Inside selection>Length based… 其中導(dǎo)線劃分尺寸為0.5mm，磁鐵劃分尺寸3mm。
Analysis分析設(shè)置：這里直接添加分析設(shè)置默認(rèn)即可。
結(jié)果查看：
鼠標(biāo)右擊Result選擇Solution data得到如下結(jié)果窗口。
安培力大小為Fz=0.57657N（+Z方向）
理論驗(yàn)證：
根據(jù)安培定律F=BIL可知通電導(dǎo)線受力大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度B*電流*導(dǎo)體長(zhǎng)度。受力方向可根據(jù)左手定則確定。
選中銅導(dǎo)線右擊云圖按鈕Field overlays>Field>B>B_Vector 查看導(dǎo)線處磁場(chǎng)強(qiáng)度H，磁感應(yīng)強(qiáng)度B
導(dǎo)線磁場(chǎng)強(qiáng)度H
導(dǎo)線磁感應(yīng)強(qiáng)度B
上面B、H云圖的中間數(shù)值之比恰好與真空中的磁導(dǎo)率接近。這與物理課本中講的介質(zhì)磁導(dǎo)換算公式B=U*H是相符和的。
展開 磁場(chǎng)強(qiáng)度H和磁感應(yīng)強(qiáng)度B的關(guān)系可以用磁導(dǎo)率表示：
磁性材料的磁導(dǎo)率μ不是一個(gè)恒定不變的量，而是取決于磁場(chǎng)強(qiáng)度H。在會(huì)發(fā)生磁飽和的金屬中，隨著通過電感的電流增加，相對(duì)磁導(dǎo)率μ隨磁場(chǎng)強(qiáng)度H的增加達(dá)到一個(gè)最大值，然后隨著它的飽和減小，會(huì)變?yōu)?，所以相應(yīng)的電感L也趨向空心電感，換句話說，就是變成了導(dǎo)線，這就是電感飽和的物理意義。
電感不會(huì)消失，只會(huì)退化成空心電感。
B-H曲線如下圖所示，在H的右極限處，所有的材料都會(huì)趨向于同一根直線，B=μ0H，這就是大自然的物理收斂：
B-H曲線
在很多教科書里它有另一個(gè)名字"磁滯回線"；當(dāng)然，磁滯回線還有另外三個(gè)象限
因?yàn)榇棚柡停F磁性材料的磁導(dǎo)率μf會(huì)隨磁場(chǎng)強(qiáng)度增加，上升到一最大值，之后漸漸下降。
用麥克斯韋方程組計(jì)算一切
一切電磁相關(guān)的物理量，都可以從麥克斯韋方程組得出，電感并不例外。
電感(這里只考慮自感)的物理定義式是：
它描述的是，在單位電流變化率di/dt下，產(chǎn)生反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)的能力。
物理上最撓人的幾個(gè)事實(shí)之一就是，定義式往往不是用來設(shè)計(jì)的公式。針對(duì)后者，我們還會(huì)有一個(gè)更常用的計(jì)算公式，下面來推導(dǎo)一下：
根據(jù)法拉第定律(麥克斯韋方程之一)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)等于磁通Φ變化率；如果是多匝線圈還需要考慮繞組等效匝數(shù)N。
展開 問題描述：求解一段通有100A電流的銅導(dǎo)線在穩(wěn)定磁場(chǎng)中的受力情況。磁場(chǎng)由永磁體產(chǎn)生。磁性材料為材料庫中的NdFe35。磁性材料屬性如下定義（X方向磁化）。
模型圖如下。其中紅色框線為求解區(qū)域。
注：磁體外部磁感線設(shè)置方向是從+X面出發(fā)垂直穿過導(dǎo)線進(jìn)入-X面。即+X面是N極，-X面為S極。
Maxwell前處理
求解樹如下圖：
Boundaries邊界條件：這里邊界條件未指定，系統(tǒng)自動(dòng)選取默認(rèn)邊界條件加載到物體外邊界。
Excitations激勵(lì)：在導(dǎo)線兩個(gè)端面加載100A穩(wěn)定電流，兩端面電流大小方向均一致都流向+Y方向（注意斷開導(dǎo)體端面需與求解區(qū)域表面重合，否則無法計(jì)算）
Parameters參數(shù)：選中通電導(dǎo)線然后添加Force力參數(shù)。
Mesh operations網(wǎng)格劃分：右擊鼠標(biāo)選擇Assigned>Inside selection>Length based… 其中導(dǎo)線劃分尺寸為0.5mm，磁鐵劃分尺寸3mm。
Analysis分析設(shè)置：這里直接添加分析設(shè)置默認(rèn)即可。
結(jié)果查看：
鼠標(biāo)右擊Result選擇Solution data得到如下結(jié)果窗口。
安培力大小為Fz=0.57657N（+Z方向）
理論驗(yàn)證：
根據(jù)安培定律F=BIL可知通電導(dǎo)線受力大小為磁感應(yīng)強(qiáng)度B*電流*導(dǎo)體長(zhǎng)度。受力方向可根據(jù)左手定則確定。
選中銅導(dǎo)線右擊云圖按鈕Field overlays>Field>B>B_Vector 查看導(dǎo)線處磁場(chǎng)強(qiáng)度H，磁感應(yīng)強(qiáng)度B
導(dǎo)線磁場(chǎng)強(qiáng)度H
導(dǎo)線磁感應(yīng)強(qiáng)度B
上面B、H云圖的中間數(shù)值之比恰好與真空中的磁導(dǎo)率接近。這與物理課本中講的介質(zhì)磁導(dǎo)換算公式是相符和的。下面直接取用B云圖的中間數(shù)值B=0.557T參與理論驗(yàn)算。
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2.分解和互聯(lián)方法
光學(xué)系統(tǒng)建模主要是求解麥克斯韋方程組以在R3中獲得電場(chǎng)E和磁場(chǎng)H。麥克斯韋方程組的頻域表示如下
對(duì)于線性物質(zhì)方程和各向同性介質(zhì)。系統(tǒng)的折射率n ?(r)是非均勻的，并且定義如下：
，其中r=(x,y,z)。各頻譜w的解是一個(gè)電磁諧波場(chǎng)，它是由三個(gè)電場(chǎng)分量和三個(gè)磁場(chǎng)分量決定的。
為了形成天線的喇叭，喇叭天線可以只在電場(chǎng)方向（E平面扇形喇叭）、只在磁場(chǎng)方向（H平面扇形喇叭），或在兩個(gè)方向（金字塔形喇叭）上張開。
喇叭天線通常都具有甚寬頻帶，在波導(dǎo)的截止頻率以上工作，并輻射出與波導(dǎo)中電場(chǎng)方向相同的線性極化波。
八木宇田天線
八木宇田天線有時(shí)簡(jiǎn)稱為“八木”天線，由單個(gè)偶極子天線組成，在其他未激勵(lì)的直線導(dǎo)電元件陣列中工作。
式中，H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，A/m; J 為電流密度，A/m2;D為電位移矢量，無量綱；E為電場(chǎng)強(qiáng)度，V/m ;B為磁感應(yīng)強(qiáng)度，T;ρ為電荷密度，C/m3。
本文利用Maxwell中的二維模塊進(jìn)行仿真，僅考慮電位移矢量的軸向分量，只需研究與永磁直流空心杯電機(jī)軸線垂直的界面磁場(chǎng)分布[4]。
圖4 兩種擺放方式下鋼絲繩芯部磁場(chǎng)分布
確定好N-S-N-S對(duì)稱擺放方式后，接著設(shè)置永磁體的磁場(chǎng)強(qiáng)度參數(shù)值H在5×105 A/m～2×106A/m之間，永磁體距離鋼絲繩的距離D在3mm～8mm之間，通過COMSOL參數(shù)化掃描對(duì)鋼絲繩內(nèi)部繩芯處的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布進(jìn)行計(jì)算求解，得到如圖 5 所示的鋼絲繩內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度分布。
3、電磁場(chǎng)渦流場(chǎng)控制方程
電磁加熱系統(tǒng)由電磁加熱控制板和加熱線圈兩部分組成，電磁控制加熱板將工頻交流電整流、濾波、逆變成高頻交流電，交流電流過線圈并產(chǎn)生交變磁場(chǎng)，電磁感應(yīng)加熱中麥克斯韋方程組如下：
?·H = J （1）
?·E = - ?B/?t（2）
?·D = ρ （3）
?·B = 0 （4）
式中：?為漢米爾頓算子；向量H為磁場(chǎng)強(qiáng)度，A/
建模目的：使用VirutalLab模擬脈沖在自由空間的傳輸
使用工具箱：基本工具箱
脈沖參數(shù)：脈沖寬度為10fs，載波波長(zhǎng)800nm，包含29個(gè)諧波場(chǎng)
自由空間傳輸距離：10mm
VirtualLab脈沖建模的一些概念的介紹
1) 脈沖傳輸
作為任意的電磁場(chǎng)，脈沖由電場(chǎng)矢量E（r, t）和磁場(chǎng)矢量H（r, t），共六個(gè)矢量分量來表示，這六個(gè)分量均為實(shí)值函數(shù)
模型上的圖形描述的是地平面的電流，橫截面顯示了沿該平面的磁場(chǎng)（H）幅度，而陣列和流線（底部的箭頭和線）顯示了電場(chǎng)方向
優(yōu)化濾波器設(shè)計(jì)
RF
2.分解和互聯(lián)方法
光學(xué)系統(tǒng)建模主要是求解麥克斯韋方程組以在R3中獲得電場(chǎng)E和磁場(chǎng)H。麥克斯韋方程組的頻域表示如下
對(duì)于線性物質(zhì)方程和各向同性介質(zhì)。系統(tǒng)的折射率n ?(r)是非均勻的，并且定義如下：
，其中r=(x,y,z)。各頻譜w的解是一個(gè)電磁諧波場(chǎng)，它是由三個(gè)電場(chǎng)分量和三個(gè)磁場(chǎng)分量決定的。
Vol.01 H方程
計(jì)算交流損耗的方法有很多，使用最多的是磁矢量 － 電標(biāo)量方程( A － V 方程) 、電矢量 －磁標(biāo)量方程( T － Ω 方程) 和基于磁場(chǎng)分量的 H方程，H 方程相比于其他兩種計(jì)算方法，具有變量少、迭代速度快、收斂性高的優(yōu)點(diǎn)，所以這次將用 H 方程法在二維中進(jìn)行計(jì)算分析。
將電場(chǎng)E和磁場(chǎng)H寫成平面波的組合，其中S和U是每個(gè)平面波的強(qiáng)度，k是波矢量。E 、 H 、S 、 U 和 k都是向量，表示 (Ex,Ey,Ez), (Hx,Hy,Hz), (Sx,Sy,Sz), (Ux,Uy,Uz) 和 (kx,ky,kz)。
Concept of layers
層的概念
層是RCWA中的重要概念。
