电磁场_Matlab实验设计1

电磁场_Matlab 实验设计1
一、 实验目的
1）熟悉matlab 在时变电磁场仿真中的运用；
2）掌握matlab 动画功能来分析时变场的极化特性
二、 实验原理
1）原理：matlab 动画功能
2）所选题目：参见汉版教材（P-323）7-21第．1．、．2．问．
相关知识点：极化的概念
概念：在垂直于传播方向的平面内，场的矢端在一个周期内所画出
的轨迹。

在这里，我们仅以电场为例。

分类：根据场的矢端轨迹，分为线极化、圆极化、椭圆极化三类。

假设：
，极化类型取决于
、 及 、
题目
真空中一平面波得电磁场强度矢量为
22()j z x y E a j a e π-=+
1）此波属于何种极化？若是旋极化，属于指出旋向；
2）写出对应磁场强度矢量；
3）写出与此波旋向相反且传播方向相反的波的电场强度和磁场强度矢量。

解答：
1）圆极化波，属于右旋
2）22
()120j z y x H a j a e ππ-=-
瞬时表达式分别为：81.510/rad s ωπ=⨯
2cos()2sin()22
x y E a t z a t z ππωω=-+- 22cos()sin()12021202y x H a t z a t z ππωωππ=---
三、 实验平台 Matlab
四、 实验步骤
程序代码：
左旋圆极化
clear;
figure; %创建图形窗口
grid on; %加网格
box on; %加框架
t=linspace(-4*pi,4*pi,101);
z=linspace(-4*pi,4*pi,101);
l=zeros(size(z));
k=120*pi;
for n=0:100;
x1=sqrt(2)*sin(0.5*t-n/10*pi); %x=sqrt(2)*c os(0.5*t-n/10*pi)右旋
y1=sqrt(2)*cos(0.5*t-n/10*pi); %y=sqrt(2)*s in(0.5*t-n/10*pi)右旋
x2=sqrt(2)*cos(0.5*t-n/10*pi)/k*100;
y2=-sqrt(2)*sin(0.5*t-n/10*pi)/k*100;
quiver3(l,l,z,x1,y1,l,'b');
hold on
quiver3(l,l,z,x2,y2,l,'r');
title('左旋圆极化波的传播');
xlabel('x','fontsize',16) % 用16号字体标出X 轴
ylabel('y','fontsize',16) % 用16号字体标出Y 轴
zlabel('z','fontsize',16)
view(20,30+2*n);
hold off
pause(0.1);
end
实验结果如图：
图1
图2
图3
将程序改成线极化波观察其空间分布，修改如下：
x1=sin(0.5*t-n/10*pi); %x=cos(0.5*t-n/10*pi) 右旋
y2=-sin(0.5*t-n/10*pi)/k*100;
quiver3(l,l,z,x1,l,l,'b');
hold on
quiver3(l,l,z,l,y2,l,'r');
title('线极化波的传播');
实验图如下
图1
图2
再将程序改成椭圆极化观察其空间分布，程序修改如下：
x1=0.5*sin(0.5*t-n/10*pi);
y1=cos(0.5*t-n/10*pi+pi/4);
x2=0.5*sin(0.5*t-n/10*pi)/k*100; y2=-cos(0.5*t-n/10*pi+pi/4)/k*100;
quiver3(l,l,z,x1,y1,l,'b');
hold on
quiver3(l,l,z,x2,y2,l,'r');
实验结果如下：
图1
图2
图3
五、实验结果及分析
1、圆极化波，从图1可以看出其按正弦波传播，从图2可以观察
出其矢端在空间中的传播的轨迹为圆，图3中可以看出电场和磁场相差pi/的相位。

因为电场和磁场的数量级相差比较大所有磁场乘以了100以便于观察。

2、线极化波和椭圆极化波都按照正弦波传播，电场和磁场相差
pi/的相位，线极化波的失端轨迹为线，椭圆极化波的失端轨迹为椭圆。

3、因为此次试验使用quiver函数进行画图，quiver函数所化的
矢量箭头的大小不可控，才会造成在仿真线极化波时出现大量阴影，这是箭头过大所致。