电磁场与电磁波仿真实验教学new

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1、万方数据第29卷第5期20lO年5月实验室研究与探索RESEARCHANDEXPLORATl0NINLABORATORYV01．29No．5Mav2010电磁场与电磁波仿真实验教学刘亮元，贺达江(怀化学院物理与信息工程系，湖南怀化418000)摘要：电磁场与电磁波课程理论抽象、数学计算繁杂，将Matlab引入课堂教学中，设计几个电磁波在波导中的传播和在自由空间的辐射仿真实验，并动态模拟电磁波的传播和辐射特性。仿真实验形象而生动，理论和实践有效结合，强化学生对电磁波的理解和应用。主要运用多媒体现代教育技术、方法与手段来增加课堂教学的信息量从而提高

2、教学质量。关键词：电磁波；Matlab；仿真；实验教堂中图分类号：O441．4文献标识码：A文章编号：1006—7167(2010)05—0030—03TeachingResearChOnSimuIatingExperimentionofEIectrOmagneticFieldSandElectromagneticWaVesLlUL诡ng—yu8n，HED8-jtang(DepanmentofPhysicsandInformationEngineering，HuaihuaUniversity，Huaihua4l8000，China)Abstra

3、ct：E1ectromagneticfieldsandeIectromagneticwavestheoryisabstract，andthemathematicalcaIcuiationiscom-plex．ThisarticleintroducedMatlabtoclassroomteaching，designedanumberofelectromagneticwavepmpagationinthewaveguideandtheradiationinfbespacesimulationtosimulatedynamiclyelectmmagn

4、eticwavetransmissionandm—diationcharacteristics．Thesimulationexperimentsintegrateef托ctivelytheoryandpractice，strengthenstudents’under—standingandapplicationofelectromagneticwaves．Byusingofmulti—mediamodemeducationaltechnology，methodsandmeansitincreasestheamountofinf0硼ationto

5、improveteachingquality．Keywords：electromagneticwaves；Matlab；simulation；experimentalteachingl引言电磁场与电磁波理论是电子信息类专业的一门重要基础课程，其特点：①理论性强，课程中涉及许多高等数学方面的计算，特别是需要应用矢量分析和微分方程，致使电磁场问题的求解十分复杂；②理论模型抽象，各种电磁场与电磁波现象都具有复杂的空间分布，而电磁场与电磁波又都具有不可见和不可触摸的特性，只能进行抽象的想象或通过仪器进行数据测量；③电磁波是动态的，电磁波是电磁场相互激发

6、的结果，它在空间的传播每时每刻的位置和状态都在发生变化，可以通过麦克斯韦方程和边界条件来定量描述。传统的电磁场与电磁波课堂理论教学方式偏重理收稿日期：2009一08一06作者简介：刘亮无(1974一)。男。湖南怀化人，硕士．讲师，主要从事信息光学教学与科研。Tel．：0745_2857502；E—mail：liuIyl997@126．co“论教学，而忽视实验教学，大部分学校没有开设该课程的实验教学，学生学过该门课程后感到学过的理论知识不知用在何处，由于Matlab具有丰富的计算功能和科学计算数据的可视化能力，它可以将数据以多种图形形式加以表现¨

7、⋯。本文将Matlab引入电磁场与电磁波的课堂教学中，模拟设计各种电磁波波导结构和自由空间电磁波的辐射装置，并能动态模拟电磁波的传播和辐射特性。利用Matlab来设计电磁仿真实验，把理论教学和仿真实验教学有效结合起来，加深学生对理论学习的理解，鼓励学生自己动手利用Matlab解决电磁场与电磁波一些实际问题，这也是培养学生综合素质为目的的教学改革需要”引。2波导管中电磁波的传播能传播电磁波的装置叫做波导。波导管中传播的电磁波与自由空间的电磁波相比，由于边界条件不同，万方数据第5期刘亮元，等：电磁场与电磁波仿真实验教学3l(嘉+专+旷一后；)(三。

8、)=o(1)的，因此该二维光子晶体相当于优良的波导。红色代式峻黧嫩燃宁璺雹时㈨⋯。．鬻黧象篙粼Z嚣霾舳堵竺竺窆苎黧三?：翌量：跫!!苎!詈罂望羔蒹羞磊