圆极化波及其MATLAB仿真_西电
圆极化波及其MATLAB仿真西电
电磁场与电磁波大作业圆极化波及其MATLAB仿真专业：信息对抗技术班级：021231学生姓名：指导教师：黄丘林一、引言电磁波电场强度的取向和幅值随时间而变化的性质，在光学中称为偏振。
如果这种变化具有确定的规律，就称电磁波为极化电磁波（简称极化波）。
如果极化电磁波的电场强度始终在垂直于传播方向的（横）平面内取向，其电场矢量的端点沿一闭合轨迹移动，则这一极化电磁波称为平面极化波。
电场的矢端轨迹称为极化曲线，并按极化曲线的形状对极化波命名，其主要分类有线极化波，圆极化波和椭圆极化波。
二、原理详解下面我们详细分析圆极化波的产生条件。
假设均匀平面电磁波沿+Z 方向传播，电场强度矢量E 频率和传播方向均相同的两个分量xE 和yE ，电场强度矢量的表达式为-00()(1)()y x x X y yjkzx x y y j j jkzx xm y ym E E E E e E e E e e φφ-=+=+=+E a a a a a a电场强度矢量的两个分量的瞬时值为cos()(2)cos()(3)x xm x y ym y E E t kz E E t kz ωφωφ=-+=-+设,,0,2xm ym m x y E E E z πφφ==-=±= 那么式（2）式（3）变为cos()cos()2x m x y y yE E t E E t ωφπωφ=+=+消去t 得22()()1y x m mE E E E += 此方程就是圆方程。
电磁波的两正交电场强度分量的合成电场强度矢量E的模和幅角分别依次为(4)sin(t )arctan[](t )(5)cos(t )mx x x E E ωφαωφωφ==±+==±++由式（4）和式（5）可见，电磁波的合成电场强度矢量的大小不随时间变化，而其余x 轴正向夹角α将随时间变化。
因此合成的电场强度矢量的矢端轨迹为圆，故称为圆极化。
三、仿真分析下面我们用MATLAB 进行仿真分析。
西安邮电大学光学实验matlab仿真结果分析与程序
光学实验实验报告课程名称：光学实验*名：***学院：电子工程学院系部：光电子技术系专业：电子科学与技术年级：科技1201学号：********指导教师：**2014年12 月24 日光波在介质中界面上的反射及透射特性一．实验目的：1．掌握反射系数及透射系数的概念；2．掌握反射光与透射光振幅和相位的变化规律； 3．掌握布儒斯特角和全反射临界角的概念。
二．实验原理：1 反射定律和折射定律光由一种介质入射到另一种介质时，在界面上将产生反射和折射。
现假设二介质为均匀、透明、各向同性介质，分界面为无穷大的平面，入射、反射和折射光均为平面光波，其电场表示式为)(0r k t i l l l l e E E ⋅--=ω l =i, r, t式中，脚标i 、r 、t 分别代表入射光、反射光和折射光；r 是界面上任意点的矢径，在图2-1所示的坐标情况下，有r=ix+jy图2-1 平面光波在界面上的反射和折射 图2-2 k i 、k r 、k t 三波矢关系根据电磁场的边界条件，可以得到如下关系)(0)(t i r i tr i =⋅-=⋅-==r k k r k k ωωω 这些关系表明：①入射光、反射光和折射光具有相同的频率；②入射光、反射光和折射光均在入射面内，k i 、k r 和k t 波矢关系如图2-2所示。
进一步可得tt i i r r i i sin sin sin sin θθθθk k k k == 或tt i i r r i i sin sin sin sin θθθθn n n n ==即介质界面上的反射定律和折射定律，它们给出了反射光、折射光的方向。
折射定律又称为斯涅耳(Snell)定律。
2 菲涅耳公式 s 分量和p 分量通常把垂直于入射面振动的分量称做s 分量，把平行于入射面振动的分量称做p 分量。
为讨论方便起见，规定s 分量和p 分量的正方向如图2-3所示。
图2-3 s 分量和p 分量的正方向反射系数和透射系数 假设介质中的电场矢量为)(i 0e r k t l l l E E ⋅--=ω l =i, r, t其s 分量和p 分量表示式为)(i 0e r k t lm lm l E E ⋅--=ω m =s,p则定义s 分量、p 分量的反射系数、透射系数分别为tmtm m im rmm E E t E E r 0000==菲涅耳公式假设界面上的入射光、反射光和折射光同相位，根据电磁场的边界条件及s 分量、p 分量的正方向规定，可得ts rs s E E E i =+和2tp 1rp 1ip cos cos cos θθθH H H =-利用E H εμ=，上式变为22ts 11rs is cos cos )(θθn E n E E =-再利用折射定律，消去E ts ，经整理可得)sin()sin(1212is rs θθθθ+-=E E 根据反射系数定义，得到)sin()sin(2121θθθθ+--=s r221111cos cos cos 2θθθn n n t s +=将所得到的表示式写成一个方程组，就是著名的菲涅耳公式：212122112*********tan tan tan tan cos cos cos cos )sin()sin(θθθθθθθθθθθθ+--=+-=+--==n n n n E E r is rs s 2121211221122121002sin 2sin 2sin 2sin cos cos cos cos )tan()tan(θθθθθθθθθθθθ+-=+-=+-==n n n n E E r iprp p 21121121112100221111212100cos cos cos 2)cos()sin(sin cos 2cos cos cos 2)sin(sin cos 2θθθθθθθθθθθθθθθθn n n E E t n n n E E t iptp p is ts s +=-+==+=+==这些系数首先是由菲涅耳用弹性波理论得到的，所以又叫做菲涅耳系数。
基于Matlab模拟点电荷电场线和等势线
基于Matlab模拟点电荷电场线和等势线1. 引言1.1 背景介绍电场理论是物理学中的重要概念，描述了在空间中存在的电荷所产生的相互作用力。
点电荷模型是电场研究中常用的简化模型，通过模拟点电荷的分布和运动，可以很好地描述电场的特性。
在现实生活中，我们经常会遇到点电荷电场的问题，比如电荷在空间中的分布及其对周围环境的影响。
基于Matlab的数值模拟方法可以帮助我们更好地理解电场的特性。
通过模拟点电荷的分布情况，我们可以绘制出电场线和等势线，从而直观地展示电场的分布情况和强度。
这不仅有助于理论研究，还可以在工程实践中提供重要参考。
通过基于Matlab的点电荷电场线和等势线模拟，我们可以更深入地探讨电场的性质，为相关领域的研究和应用提供支持和指导。
【字数：205】1.2 研究意义电场是物理学中非常重要的概念之一，它描述了空间中各点所受电荷作用力的性质。
而点电荷则是电荷密度在空间中极小的模型，通过研究点电荷的电场线和等势线的分布情况，可以帮助我们更好地理解电场的性质和规律。
基于Matlab进行点电荷电场线和等势线的模拟，不仅可以直观地展示电场和电势在空间中的分布情况，还可以通过调整参数来研究不同条件下电场和电势的变化规律。
研究点电荷电场线和等势线的分布对于学术研究和工程应用具有重要意义。
在学术研究方面，通过对电场线和等势线的模拟分析，可以深入探讨电场的特性和规律，进一步推动电磁学理论的发展。
在工程应用方面，电场线和等势线的模拟可以帮助工程师设计和优化电子元件、电路和传感器等设备，从而提高其性能和稳定性。
深入研究基于Matlab模拟点电荷电场线和等势线的方法和应用具有重要的理论和实际意义。
1.3 研究目的研究目的是在Matlab环境下通过模拟点电荷的电场线和等势线，深入探讨电荷在空间中产生的电场分布情况，以及不同点电荷配置对电场线和等势线的影响。
通过研究电场线和等势线的形态和分布规律，可以更好地理解电荷之间的作用关系，为进一步研究静电场提供依据。
利用MATLAB仿真静电场
2
分布并不均匀，具体表现为电场线不严格的放射状分布，而会具有一定的不均匀特性。但在远 离电荷的区域，可以将电荷看做一无限长线电荷，电场线沿放射状分布，可以近似认为是直 线。 欲求 XOY 平面内任意点 P 的电场矢量 E，可以先求所有组成线电荷的“小截面”无限长线 电荷在 P 点产生的电场矢量 dE，再叠加即可。利用无限长线电荷的场强公式，可以知道坐标 为(x,y)的小截面对应线电荷 dxdy 在 P 点产生的场强
dxdy ^ r dE r dxdy 2 0 r 2 0 r 2
设 P(xp,yp),由
r 2 0 r
dxdy 2
( x p x, y p y) ( x p x) 2 ( y p y ) 2
xp x
dxdy
将 x 方向和 y 方向的电场矢量分别处理，得到
dEx
( x p x) 2 ( y p y ) 2
dxdy
dE y
yp y ( x p x) 2 ( y p y ) 2
dxdy
将两方向上的电场对于电荷截面在 XOY 平面上的平面 S(-a/2<x<a/2,-a/2<y<a/2)进行二 重积分，得到 P 点在原线电荷作用下的场强的 x 分量和 y 分量
4
plot(X,Y,'r',-X,Y,'r'), end end hold off;
其中，fx与fy分别求取x和y方向电场强度积分式的值。 得到图形如下：
10 8 6 4 2 0 -2 -4 -6 -8 -10 -10
-8
-6
-4
-2
0
2
4
6
8
10
matlab模拟电荷系的电场线和等势面
matlab模拟电荷系的电场线和等势面MATLAB是一种功能强大的数值计算和数据可视化软件，可用于模拟电荷系的电场线和等势面。
本文将介绍如何使用MATLAB进行电场线和等势面的模拟，并通过示例对问题进行回答。
首先，我们需要了解模拟电场线和等势面的基本原理。
电场线是显示电场强度和方向的曲线，而等势面则是表示在其中的点上电势相等的曲面。
根据高斯定律和库伦定律，可以通过给定的电荷分布和边界条件计算出电场和电势分布。
在MATLAB中，可以使用PDE工具箱来模拟电场线和等势面。
首先，需要定义电荷分布和边界条件。
然后，可以使用PDE工具箱中的偏微分方程求解器来求解电势分布，并根据电场与电势的关系绘制电场线和等势面。
下面以一个简单的例子来说明如何在MATLAB中模拟电场线和等势面。
假设有两个等量但带有相反电荷的点电荷位于原点和(2,0)处，我们希望求解其电场和等势面。
首先，我们定义电荷量和位置：q1 = 1; % 第一个电荷量q2 = -1; % 第二个电荷量r1 = [0, 0]; % 第一个电荷位置r2 = [2, 0]; % 第二个电荷位置然后，我们定义求解区域和边界条件：xmin = -5;xmax = 5;ymin = -5;ymax = 5;gdm = [1; 0; xmin; xmax; ymin; ymax;];ns = char('gdm');sf = 'gdm';dl = decsg(gdm,sf,ns);model = createpde;geometryFromEdges(model,dl); applyBoundaryCondition(model,'dirichlet','Edge',1:4,'u',0); applyBoundaryCondition(model,'neumann','Edge',5:6,'g',0);接下来，使用偏微分方程求解器来求解电势分布：specifyCoefficients(model,'m',0,'d',0,'c',1,'a',0,'f',0); generateMesh(model);result = solvepde(model);p = result.NodalSolution;最后，根据电场与电势的关系绘制电场线和等势面：[Ey,Ex] = gradient(p);figure;contour(p,'LevelList',-5:0.5:5);hold on;quiver(-5:0.5:5,-5:0.5:5,Ex,Ey);title('Electric Field Lines and Equipotential Surfaces');xlabel('x');ylabel('y');legend('Equipotential Surfaces','Electric Field Lines');axis([-5 5 -5 5]);通过上述代码，我们可以得到电场线和等势面。
matlab仿真电磁波的极化实验
电磁场与电磁波实验实验四电磁波的极化实验学院：电子工程班级：姓名：秦婷学号：理论课教师：实验课教师：同做者：实验日期：2020 年 5 月20 日请务必填写清楚姓名、学号、班级及理论课任课老师。
实验四 电磁波的极化实验一、 实验目的：1. 通过虚拟仿真观察并理解电磁波极化的概念2. 学习电磁波极化的测量方法3. 学会判读线极化波，圆极化波的方法 二、 实验装置实验装置如图1所示。
图中：①为微波源；②为隔离器；③为负载；④为可变衰减器；⑤为T 型接头；⑥和⑦为发射天线；⑧为可变相移器；⑨为接收天线；⑩为检波器；⑪为指示电流表。
①②⑤③④⑧⑥⑦⑨⑩⑪图1 电磁波极化实验系统T 型接头用以将传来的微波功率分成等强度的两束波。
衰减器用于调节支路中的功率强弱。
相移器用以调节支路中的初相位φ，从而产生相位的变化。
三、 实验原理：平面电磁波沿轴线前进没有z E 分量，一般情况下，存在x E 分量和y E 分量，如果y E 分量为零，只有x E 分量我们称其为X 方向线极化。
如果只有y E 分量而没有x E 分量我们称其为Y 方向线极化。
在一般情况下，x E 和y E 都存在，在接收此电磁波时，将得到包含水平与垂直两个分量的电磁波。
如果此两个分量的电磁波的振幅和相位不同时，可以得到各种不同极化形式的电磁波。
1. 如果电磁波场强的X 和Y 分量为：()1cos x xm E E t kz ωϕ=+− (1)()2cos y ym E E t kz ωϕ=+−(2)其中1ϕ、2ϕ为初相位，2k πλ=。
若1ϕ等于2ϕ，或1ϕ与2ϕ相位差为2n π时，其合成电场为线极化波，其幅度为：()1E t kz ωϕ==−+(3)电场分量与X 轴的夹角为：arctanarctany ym xxmE E E E α===常数 (4)2. 如果1ϕ与2ϕ相位差90°或270°，则：()1cos x xm E E t kz ωϕ=−+ (5)()2cos y ym E E t kz ωϕ=−+(6)合成电磁场为：E ===常数(7)它的方向是：()1tan tan y xE t kz E αωϕ==−+(8)1t kz αωϕ=−+(9)表示合成场振幅不随时间变化，其方向是随时间而旋转的圆极化波。
matlab模拟电荷系的电场线和等势面 -回复
matlab模拟电荷系的电场线和等势面-回复MATLAB是一种功能强大的科学计算软件，可以用于模拟和分析各种电场线和等势面的情况。
在本文中，我们将使用MATLAB来模拟电荷系的电场线和等势面，并逐步介绍相关的步骤和技巧。
第一步：定义电荷分布在模拟电荷系的电场线和等势面之前，我们首先需要定义电荷的分布情况。
可以通过在MATLAB中创建一个矩阵来表示电荷的分布情况，其中每个元素代表一个空间点的电荷值。
例如，我们可以使用以下代码来定义一个表示电荷分布的矩阵：matlab定义电荷分布矩阵charge_distribution = [1 0 -1; 0 2 0; -1 0 1];在上述例子中，我们使用3x3的矩阵来表示空间中的电荷分布，正数表示正电荷，负数表示负电荷。
第二步：计算电场强度有了电荷分布矩阵后，我们可以使用电场的定义来计算每个空间点的电场强度。
电场强度是一个向量，可以用一个向量场来表示。
可以使用MATLAB内置的`gradient`函数来计算向量场。
以下是计算电场强度的示例代码：matlab计算电场强度[Ex, Ey] = gradient(charge_distribution);在上述代码中，我们使用`gradient`函数来计算电场矩阵`charge_distribution`的梯度，得到电场强度矩阵`Ex`和`Ey`。
第三步：绘制电场线有了电场强度矩阵后，我们可以使用向量形式的电场线来表示电场的分布情况。
可以使用MATLAB内置的`quiver`函数来绘制电场线。
以下是绘制电场线的示例代码：matlab绘制电场线figure;quiver(Ex, Ey);在上述代码中，我们使用`quiver`函数来绘制电场线，其中的参数`Ex`和`Ey`分别表示电场强度的x和y方向分量。
第四步：计算等势面等势面是指具有相同电势值的空间点构成的曲面。
我们可以使用电势的定义来计算每个空间点的电势值，并根据电势值绘制等势面。
线极化波圆极化波椭圆极化波的特点
线极化波圆极化波椭圆极化波的特点随着通信技术的不断发展和应用，无线通信和卫星通信的应用越来越广泛。
在这些通信系统中，电磁波起到了关键性的作用。
而电磁波可以分为线偏振波、圆偏振波和椭圆偏振波三种类型。
这些波的特点、应用以及在中心扩展下的描述，将在下文中进行详细阐述。
一、线偏振波线偏振波是一种沿着一个方向振动的电磁波，其电场和磁场振动方向相同。
线偏振波的特点是它只沿着一个方向传播，因此适用于需要单向传输的通信场景。
例如，一些雷达和通信系统需要在特定方向上进行单向传输，这时就可以使用线偏振波。
在中心扩展下，线偏振波的传播方向始终保持不变，但电场和磁场的振动方向会随着传播距离的增加而旋转。
这种旋转的程度和方向取决于电磁波传播时遇到的介质的性质，因此可以通过观察线偏振波在不同介质中的传播情况来判断介质的性质。
二、圆偏振波圆偏振波是一种电场和磁场振动方向相互垂直，相互作用形成一个旋转矢量的电磁波。
圆偏振波的特点是它可以在所有方向上传播，因此适用于需要多向传输的通信场景。
例如，一些卫星通信系统需要在各个方向上进行传输，这时就可以使用圆偏振波。
在中心扩展下，圆偏振波的传播方向和振动方向都会随着传播距离的增加而旋转。
这种旋转的程度和方向取决于电磁波传播时遇到的介质的性质，因此可以通过观察圆偏振波在不同介质中的传播情况来判断介质的性质。
三、椭圆偏振波椭圆偏振波是一种电场和磁场振动方向相互垂直，且振动方向大小和方向不相等的电磁波。
椭圆偏振波的特点是它可以在各个方向上传播，且可以通过调整振动方向的大小和方向来控制通信质量。
例如，一些移动通信系统需要在不同的距离和环境下进行传输，这时就可以使用椭圆偏振波。
在中心扩展下，椭圆偏振波的传播方向和振动方向都会发生复杂的变化。
这种变化的程度和方向取决于电磁波传播时遇到的介质的性质和椭圆偏振波的振动参数，因此可以通过观察椭圆偏振波在不同介质中的传播情况来判断介质的性质。
线偏振波、圆偏振波和椭圆偏振波都是电磁波的重要类型，它们在不同的通信场景中都有着广泛的应用。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电磁场与电磁波大作业圆极化波及其MATLAB仿真
专业：信息对抗技术班级：021231
学生姓名：
指导教师：***
一、引言
电磁波电场强度的取向和幅值随时间而变化的性质，在光学中称为偏振。
如果这种变化具有确定的规律，就称电磁波为极化电磁波（简称极化波）。
如果极化电磁波的电场强度始终在垂直于传播方向的（横）平面内取向，其电场矢量的端点沿一闭合轨迹移动，则这一极化电磁波称为平面极化波。
电场的矢端轨迹称为极化曲线，并按极化曲线的形状对极化波命名，其主要分类有线极化波，圆极化波和椭圆极化波。
二、原理详解
下面我们详细分析圆极化波的产生条件。
假设均匀平面电磁波沿+Z 方向传播，电场强度矢量E 频率和传播方向均相同的两个分量
x
E 和
y
E ，电场强度矢量的表达式为
-00()(1)()y x x X y y
jkz
x x y y j j jkz
x xm y ym E E E E e E e E e e φ
φ-=+=+=+E a a a a a a
电场强度矢量的两个分量的瞬时值为
cos()(2)cos()
(3)
x xm x y ym y E E t kz E E t kz ωφωφ=-+=-+
设,,0,
2
xm ym m x y E E E z π
φφ==-=±
= 那么式（2）式（3）变为
cos()cos()
2x m x y y y
E E t E E t ωφπωφ=+=+
消去t 得
22
()()1y x m m
E E E E += 此方程就是圆方程。
电磁波的两正交电场强度分量的合成电场强度矢量E
的模和幅角分别依次为
(4)sin(t )arctan[](t )
(5)cos(t )
m
x x x E E ωφαωφωφ==±+==±++
由式（4）和式（5）可见，电磁波的合成电场强度矢量的大小不随时间变化，而其余x 轴正向夹角α将随时间变化。
因此合成的电场强度矢量的矢端轨迹为圆，故称为圆极化。
三、仿真分析
下面我们用MATLAB 进行仿真分析。
假设电磁波为圆极化波，且沿+z 方向传播，则其电场强度矢量轨迹如下图一所示：
x
电场强度矢量
y
z
图一
而当固定位置观察圆极化波的矢端轨迹，其结果如下图二：
-1
-0.5
00.5
1
-1
-0.8-0.6-0.4-0.200.2
0.40.60.8
1Ex
E y
固定位置圆极化波矢端轨迹
图二
固定时刻观察圆极化矢端轨迹如下图三：
-1
-0.5
00.5
1
-1
-0.8-0.6-0.4-0.200.2
0.40.60.8
1Ex
E y
固定时刻圆极化波矢端轨迹
图三
其中当固定时刻的电场矢量的x 和y 分量如下图四：
-1-0.8-0.6
-0.4-0.200.20.40.60.81
5
10
Ex
z
固定时刻电场强度矢量分量Ex
-1-0.8-0.6-0.4-0.2
00.20.40.60.81
5
10
Ey
z
固定时刻电场强度矢量分量Ey
图四
四、仿真代码
%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %%%%电磁场与电磁波大作业 %%%% %%%%圆极化波及其MATLAB 仿真 %%%% %%%%作者：柯炜鑫 %%%% %%%%学号：02123049 %%%% %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 圆极化波及其MATLAB 仿真 图一代码：
w=1.5*pi*(10e+8); z=0:0.05:20; k=120*pi;
for t=linspace(0,1*pi*10e-8,200) e1=sqrt(2)*cos(w*t-pi/2*z); e2=sqrt(2)*sin(w*t-pi/2*z); h1=sqrt(2)/k*cos(w*t-pi/2*z); h2=-sqrt(2)/k*sin(w*t-pi/2*z); plot3(e1,e2,z);
xlabel('x');
ylabel('y');
zlabel('z');
title('电场强度矢量');
grid on
end
图二代码：
clc;clear;
exm=1;
eym=1;
faix=0;
faiy=pi/2;
wt=0:.001:10;
kz=0;
plot(exm*cos(wt-kz+faix),eym*cos(wt-kz+faiy)); axis([-1.1 1.1 -1.1 1.1]);
xlabel('Ex');
ylabel('Ey');
axis equal;
grid on;
title('固定位置圆极化波矢端轨迹')
图三代码：
clc;clear;
exm=1;
eym=1;
faix=0;
faiy=pi/2;
wt=0;
kz=0:.001:10;
plot(exm*cos(wt-kz+faix),eym*cos(wt-kz+faiy)); axis([-1.1 1.1 -1.1 1.1]);
xlabel('Ex');
ylabel('Ey');
axis equal;
grid on;
title('固定时刻圆极化波矢端轨迹');。