超导磁铁技术是当前加速器磁铁技术的主要发展方向之一。超导磁铁被广泛应用于各类大型加速器中，在提高加速器性能方面发挥了越来越重要的作用。　　北京正负电子对撞机重大改造工程(BEPCII)是一台双环高亮度的正负电子对撞机和高性能的同步辐射光源。为了极大地压缩对撞点处的束团尺寸以获得高对撞亮度，最靠近对撞点的磁铁为超导磁铁。限于经费原因，BEPCII没有备用超导磁铁。BEPCII建设完成以后，我们开始进行备用超导磁铁的研制。为了积累经验，首先进行的是超导四极模型线圈的研制。　　磁场计算是超导磁铁设计与研制的基础，超导磁铁的磁场质量主要由线圈结构和准确定位决定。本论文作为BEPCII超导模型线圈研制课题的一部分，对不同结构四极线圈的磁场数值计算和超导模型线圈的磁场相关问题进行深入研究，并进行结构分析保证磁体应力水平在安全范围内。　　首先，完成了铜导线蛇形线圈的物理设计，通过旋转线圈磁场测量、OPERA三维磁场计算、线电流理论分析三种方法对磁场特点进行了研究和验证。开展了传统分离型四极线圈的可行性研究，并将其磁场特点与蛇形线圈进行比较。　　然后，参考BNL SCQ线圈方案，进行了结构改进和优化，在二维和三维磁场计算的基础上，完成了适合手工绕线特点的超导模型线圈物理设计，并进行了包括电磁应力和降温变形在内的磁场质量相关影响因素的分析研究。超导模型线圈绕制完成后，根据常温下的旋转线圈磁场测量结果，采用4匝导线组成的调补线圈改善磁场质量，最终常温下各高阶磁场分量好于万分之二。　　另外，论文对超导磁铁的两个基础问题进行了研究和探索:首次推导出了超导磁铁励磁安匝数的一般表达式，将其应用于几个主要加速器超导磁铁进行验证;基于线电流近似，发展了半解析的空心线圈三维磁场计算算法，能够快速、准确地求解积分磁场强度和高阶磁场含量，并通过两个算例进行了验证。