基于Matlab的均匀平面电磁波的仿真.pdf

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1、2013年11月1日现代电子技术Nov.2013第36卷第21期ModernElectronicsTechniqueVol.36No.21136基于Matlab的均匀平面电磁波的仿真李丽芬，张秋菊，李扬（燕京理工学院，北京101601）摘要：在电磁场与电磁波的教学中，应用Matlab编程对电磁场的分布和电磁波的传输进行仿真，使得抽象的概念直观化，有助于学生对于电磁场和电磁波教学内容的学习。着重仿真了均匀平面电磁波的传播、极化、反射和折射的动态过程。关键词：Matlab；均匀平面电磁波；反射；折射中图分类号：TN710⁃34；G434文献

2、标识码：A文章编号：1004⁃373X（2013）21⁃0136⁃02Matlab⁃basedsimulationofuniformplaneelectromagneticwaveLILi⁃fen，ZHANGQiu⁃ju，LIYang（YanchingInstituteofTechnology，Beijing101601，China）Abstract：MatlabwasusedintheteachingofelectromagneticfieldandwavetosimulatethedistributionofEMfieldandth

3、epropagationofEMwave，whichcanvisualizetheabstractconcepts，andpromotethestudent′sunderstandingoftheteachingcontent.Theprocesssimulationforpropagation，polarization，reflectionandrefractionofuniformplanewavesispresentedinthispaper.Keywords：Matlab；simulationuniformplaneelectr

4、omagneticwave；reflection；refraction上，其电磁场强度各点具有相同的振幅和振动方向，即0引言E和H只与z有关，而与x和y无关，这种电磁波就是“电磁场与电磁波”是电子与通信类专业本科生必均匀平面电磁波。修的一门专业基础课，课程涵盖的内容是电子与通信类1.1电场和磁场只有一个分量的情况专业本科阶段所应具备的知识结构的重要组成部分。沿z轴传播的均匀平面电磁波的瞬时值可表示为在教学过程中，学生普遍反映该门课程比较抽象，包含如下形式：了大量的数学公式推导，很多概念难以理解。无论是电E=eEcos(ωt-kz+φ)x

5、0m0磁场还是电磁波，都是看不到、摸不着的，教师难讲、学E0mH=ecos(ωt-kz+φ)生难懂是当前该门课程教学中普遍存在的现象。yη0Matlab由于其强大的功能、简单易学的编程语言和式中：本征阻抗η=με，波数k=ωμε。可视化的仿真环境，为电磁场与电磁波的教学提供了仿以一频率为100MHz的均匀平面波在线性、均匀、真条件。借助Matlab模拟和实现结构的可视化，把抽象各向同性的理想介质中传播为例，动态仿真了电磁波传概念变为清晰，对复杂公式进行计算和绘图，动态直观播的过程，这里用到了Matlab的meshgrid、plot3、p

6、ause的描述了电磁场的分布和电磁波传播状态，帮助学生理解和掌握电磁场与电磁波传播的规律，有助于学生对这等函数，图1中蓝色为电场强度，红色为磁场强度。通门课程的学习。本文利用Matlab对平面电磁波的传播、过图形，学生可以直观地看到电场和磁场互相垂直、相极化、反射和折射的仿真，将抽象的电磁波形象化，取得位相同、沿z轴成正弦变化的规律。了很好的教学效果。1.2电场和磁场有两个分量的情况设电磁波沿z轴方向传播，选择e和e两个正交xy1均匀平面电磁波传播的仿真方向描述电场和磁场，则：设电磁波沿z轴方向传播，在与z轴垂直的平面E=exE0mxc

7、os(ωt-kz+φx)+eyE0mycos(ωt-kz+φy)E0mxE0my收稿日期：2013⁃06⁃18H=eycos(ωt-kz+φx)-excos(ωt-kz+φx)ηη基金项目：河北省教育科学研究“十二五”规划立项课题（13120008）电磁波的传播过程如图2所示。第21期李丽芬，等：基于Matlab的均匀平面电磁波的仿真137到ε=4,μ=1的介质中，通过计算，电场的反射系数和rr透射系数分别为r=-13和t=23，则入射波、反射波和折射波的瞬时值为：入射波：ππE(z,t)=E[ecos(ωt-z)-esin(ωt-z)

8、]i0xy22反射波：E0ππE(z,t)=-[ecos(ωt+z)-esin(ωt+z)]图1理想介质中的电磁波传播（一）r3x2y2折射波：2E0ππE(z,t)=[ecos(ωt-z)-esin(ωt