matlab在电磁场与电磁波课程教学中的应用(1)new

《matlab在电磁场与电磁波课程教学中的应用(1)new》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在教育资源-天天文库。

1、2009年3月咸阳师范学院学报Mar．2o0l9第24卷第2期JournalofXianyangNormalUnive~ityVO1．24NO．2【高等教育教学与管理研究】MATLAB在电磁场与电磁波课程教学中的应用王明军．李应乐．唐静(咸阳师范学院物理与电子工程学院，陕西咸阳712000)摘要：针对电磁场与电磁波课程教学中理论性强、概念抽象等特点，利用Madab强大的数值计算和图形技术，从电磁场和电磁波传播两个方面，通过具体实例进行仿真，绘制了静电场电偶极子及同轴电缆线电场线、等位线分布图，形象再现了自由空间平面电磁波和球面电磁波的空间传播传播状态．有助于学生对电磁场和电磁波基本规律的掌

2、握。关键词：Matlab仿真；电磁场理论；电磁波传播中图分类号：0441．4：G434文献标识码：A文章编号：1672—2914(2009)02一O089—03《电磁场与电磁波》课程是电子类理工科专业必维直角坐标系中，设在()处有电荷+q，在(_6)处有开的一门专业基础课程【l21，在教和学过程中，学生普电荷-q，那么在电荷所在平面上任何一点的电势为旧：遍反映该门课程比较抽象，很多概念难以理解。随着11M(一土))，电场为：E=7V。其中r+--计算机辅助教学的发展，各种计算机仿真软件在教4"1T8or学中发挥着越来越重要的作用。Matlab由于其强大V，_——_1—a——勺———，_——

3、——————，；V舢)。。又设电荷电量q=2x的矩阵运算、数值和符号计算等强大的功能以及可1cr6，a=1．5，6一1．5。在Matlab编程中，执行等位线绘图视化的仿真环境，为电磁场与电磁波课程教学提指令contourf可获得电位函数在空间的分布，计算供了仿真条件。借助Matlab模拟和实现结果的可视场强则需对电势求负梯度即用gradiant(一V)，再用化”，把抽象概念变为清晰、用直观的数据和图象quiver函数就可绘制出空间电场的分布。用黑实线形象地描述电磁场分布和电磁波传播的状态，帮助及为计算机绘制的等位线图，在．y平面上绘制带学生理解和掌握电磁场与电磁波传播的规律，有助箭头的线条

4、电场线、分布，电偶极子的等位线及电场于学生对这门课程的学习。线在二维平面上的分布如(图2)所示。通过将抽象本文通过电磁场与电磁波传播课程教学中几个的场函数仿真后。对场的分布就有了一个直观的概典型实例，利用Maflab进行对相关问题进行仿真，念．对场的性质理解起来也就更加容易。电场线的疏将抽象的电磁场与电磁波传播过程形象化。密表示电场的弱强．某点处切线方向表示电场的方1电磁场中电力线和等势线的仿真向。从而建立起电场线与电场强度之间的有效联系。利用Matlab的图形功能．绘制电偶极子和同轴而且等势线与电场线正交，顺着电场线方向电势降电缆线电场线、等势线等，以帮助学生更好的理解电低．电场强度是电

5、势的负梯度等，这些从图象中都可磁场。以得到直接验证。1．1．电偶极子电场和等势线的分布仿真1．2同轴电缆线电场分布的仿真在电磁理论中，电偶极子电场问题是一个典型的问题，其等位线和电场线的绘制就是课程中较难、‘把握的内容，借助Matlab这将不再是一个难点。电偶极子是指由间距很小的两个等量异号电荷组成的系统。其模型是指电量为q、相距为Z的一对正负点电y荷所组成的系统，D是两个点电荷距离的中点，电偶极I／子的方向是从负电荷Q指向正电荷Q，，如图1所示。在直角坐标系中，将原点放在偶极子中心．z轴与相重合，远处一点P的电位等于两点电荷电位的叠加。在二图1电偶极子理论模型图2电偶极子的等位线及电场线

6、分布图收稿日期：2008-11-15基金项目：成阳师范学院教改项目(200702027)；成阳师范学院科研基金项目(08xSYK304)。作者简介：王明军(t979一)，男，陕西旬F~-g-A．，成阳师范学院物理与电子工程学院讲师，博士，主要研究方向是光散射辐射及其光信号处理。·90·咸阳师范学院学报第24卷同轴电缆线是指用来传递信息的一对导体是按电磁波和球面电磁波传播状态进行可视化。照一层圆筒式的外导体套在内导体(一根细芯)外2．1均匀平面电磁波传播的仿真面，两个导体间用绝缘材料互相隔离的结构制造的．均匀平面电磁波是指等相位面为无限大平面，外层导体和中心轴芯线的圆心在同一个轴心上[112

7、1。且等相位面上各点的场强大小相等、方向相同的，即结构如图3所示，其导波装置是双导体结构，传沿某方向传播的平面电磁波的场量除随时间变化输电磁波的主模式是TEM波。从场的观点看，同轴外，只与波传播方向的坐标有关，而与其它坐标无线的边界条件既能支持TEM波传输，也能支持波关。严格说，理想的平面电磁波是不从在的，因为只TE或TM波传输，究竟哪些波能在同轴线中传输．有无限大的波源才能激励出这样的波。但是如果场则取决于同轴线的尺寸