平面电磁波仿真实验

应用MATLAB设计电磁场与电磁波模拟仿真实验

第39卷第9期高师理科学刊 Vol. 39 No.9 2019年 9月 Journal of Science of Teachers′College and University Sep. 2019文章编号：1007-9831（2019）09-0052-04应用MATLAB设计电磁场与电磁波模拟仿真实验凌滨，郭也，刘文川（东北林业大学机电工程学院，黑龙江哈尔滨 150040）摘要：由于电磁场与电磁波课程在电磁波传播部分授课中的理论和概念抽象，难以理解．利用MATLAB语言编程技术，针对电磁场和电磁波传播2个方面，设计2个模拟仿真实验：均匀平面波在无界空间中的传播和设定各参数实验数据获得分界面上波形的变化．2个具体仿真实验形象地再现了均匀平面电磁波在自由空间传播状态和在2个媒介边界上的变化特征，通过实验有助于学生对电磁场和电磁波基本规律的掌握．关键词：电磁场与电磁波；MATLAB；仿真实验；均匀平面波中图分类号：O441.4 文献标识码：A doi：10.3969/j.issn.1007-9831.2019.09.014Application of MATLAB to design electromagnetic field andelectromagnetic wave simulation experimentLING Bin，GUO Ye，LIU Wen-chuan（School of Mechanical and Electrical Engineering，Northeast Forestry University，Harbin 150040，China）Abstract：The theoretical and conceptual abstraction of the electromagnetic field and electromagnetic wave course in the teaching of electromagnetic wave propagation is difficult to understand．Using MATLAB language programming technology，two simulation experiments were designed for electromagnetic field and electromagnetic wave propagation，the propagation of uniform plane wave in unbounded space and setting experimental data of each parameter to obtain the waveform change on the interface．Two specific simulation experiments vividly reproduced the variation characteristics of uniform plane electromagnetic waves in free space and the boundary of two media．The experiment helps students master the basic laws of electromagnetic fields and electromagnetic waves．Key words：electromagnetic field and electromagnetic wave；MATLAB；simulation experiment；uniform plane wave电磁场与电磁波作为电子信息和通信工程的专业基础课之一，通过实验课程的环节来加深对电磁场理论知识的理解，并且可以将课堂上所学到的理论知识在实验课中进行验证，加深理解[1-2]．由于目前教学过程中受到实验室的硬件环境的限制，在实验教学环节中以仿真验证为主，利用MATLAB软件对所学的理论知识进行实验，通过理论知识来指导实践．将两者相结合，可以达到提高学生发现并分析问题，利用所学知识解决问题能力的目的，进一步将所学的理论知识完善巩固，更加全面地了解电磁场与电磁波的概念[3-5]．MATLAB仿真软件的数据分析和数据计算的能力十分强大，将实验数据以图形的形式进行展示，提供了一个数据可视化的平台[6]．本文在电磁场与电磁波的实验教学中，利用MATLAB模拟了2种情况下的仿收稿日期：2019-04-10基金项目：东北林业大学教育教学研究课题项目（JG2016008）作者简介：凌滨（1962-），男，黑龙江哈尔滨人，副教授，硕士，从事电磁场与电磁波研究．E-mail：756595015@第9期凌滨，等：应用MATLAB 设计电磁场与电磁波模拟仿真实验 53真实验，分别是自由空间和媒质空间中均匀平面电磁波传播波形的变化以及2种介质分界面上电磁波波形的变化．1 均匀平面波在真空和媒质中的传播仿真实验由麦克斯韦方程组可知，变化的电场和磁场相互作用下，产生的电磁波以光速在真空中传播；电磁波在理想介质中是横波，电场和磁场的方向与波的传播方向相互垂直，另外，电场方向与磁场方向也相互垂直[7]．理想介质中均匀平面电磁波的波动方程可以由麦克斯韦方程组推理得到220022200200E E tH H t e m e m ì¶Ñ-=ïï¶í¶ïÑ-=ï¶îu vu v uu v uu v （1）若电场为线极化方式，且电磁波沿x 轴方向，可以得到22000022(()E H H Ex t t x x tm m e m ¶¶¶¶¶¶=-=-=¶¶¶¶¶¶ （2）同理220022H Hx te m ¶¶=¶¶，这２个公式都属于波动方程．电场与磁场的传播速度，也就是电磁波在真空中的传播速度，即81/310m/s c =»´．由此可见，电磁波的传播速度（在真空中）与光速等值，理论数据和实验数据一致，这为光的电磁波理论提供了一个重要的理论依据．由波动方程 220022220022E E x tH H x t e m e m ì¶¶=ïï¶¶í¶¶ï=ï¶¶î （3）在真空中当平面电磁波的电场强度和磁场强度的频率和相位相同时，２个波动方程的瞬时表达式为m (,)cos()x x E z t e E t z w b =-r r（4）m (,)cos()x y E H z t e t z w b h=-r r （5）其中：m x E 是电场强度振幅；w 是电磁波的圆频率；b 是相位常数；h 是本征阻抗．设计的仿真均匀平面波形波动见图 1．均匀平面波在导电媒质中具有传播特性：电媒质的典型特征是电导率 0s ¹；电磁波在导电媒质中传播时，由于传导电流J E s =的存在，同时还伴随着电磁能量的损耗；电磁波的传播特性与非导电介质中的传播特性有所不同[8-10]．电场E 、磁场H 瞬时值形式m (,)e cos()z x x E z t e E t z a w b -=-v r（6） m (,)e cos()z x y cEH z t e t z a w b j h -=--r r （7）在导电媒质中衰减常数a 、相位常数b 和本征阻抗c h分别为a = （8）b = （9）54 高师理科学刊第39卷1arctg 2e j c c s weh h === （10）通过改变介电参数e 、磁导率m 、电导率s 和波的频率w ，电磁波在传播中是不断变化的，设计的仿真实验波形变化见图2．应用仿真实验可以形象直观地看到均匀平面波的传播特征，并通过改变介质各参数来观察电磁波的波形变化特性．2 均匀平面波的传播、反射及透射的仿真实验电磁波在入射到不同媒质分界面上时，一部分波会在分界面上进行反射，一部分波会透过分界面．入射波（已知）＋反射波（未知）= 透射波（未知）（1） 0z <中，导电媒质1的参数为111s e m ，，；（2） 0z >中，导电媒质2的参数为222s e m ，，．沿x 方向极化的均匀平面波从媒质1 垂直入射到与导电媒质2 的分界平面上，电场和磁场的变化见图3．媒质1中的入射波 1i im ()e zx E z e E g -=r r （11）1im i 1()e z y cEH z e g h -=r r （12）媒质1中的反射波1r rm ()e z x E z e E g -=r r（13） 1rm r 1()e z y cEH z e g h -=r r （14）媒质1中的合成波11im rm 1i r 12()()()e e z z y y c cE E H z H z H z e e g g h h --=+=-r r r r r H （15）111i r im rm ()()+()e e z z x x E z E z E z e E e E g g --==+r r r r r（16）其中传播常数1g 和波阻抗1c h为11211)j j s g we =- （17）11211c j s h we -==- （18）媒质2中的透射波第9期凌滨，等：应用MATLAB 设计电磁场与电磁波模拟仿真实验 5522tm t tm t 2()e ,()e zz x y cE E z e E H z e g g h --==r r r r （19）其中：传播常数2g 和波阻抗2c h为12222)j j s g we =- （20）12222c j s h we -=- （21）改变各参数的数值，介质1，2为不同媒质时，设计的仿真实验波形见图4．改变各参数的数值，介质1为非导电媒质、2为导电媒质时，设计的仿真实验波形见图5．改变各参数的数值，介质1，2为相同电媒质时，设计的仿真实验波形见图6．通过该仿真实验系统操作，设定各参数实验数据，即获得分界面上波形的变化特征．对实验结果进行分析和解释，得到合理有效的结论．3 结束语本文提出了利用MATLAB 来完成电磁场与电磁波的仿真实验，通过仿真实验将理论教学有效地运用到实践教学中，能够使学生更加有效地理解所学的理论知识．电磁场与电磁波的仿真实验练习可以让学生对自己所学的知识有更深地理解，可以用更加灵活的方式掌握专业技能，并对所学专业的应用领域和前景有进一步的了解．在鼓励学生自己利用所学知识解决实际问题的同时，将书本知识与工程实践相结合，将复杂的电磁波问题简化，可以有效地提高授课效果．参考文献：[1] 谢处方，饶克谨．电磁场与电磁波[M]．北京：高等教育出版社，2006[2] 刘亮元，贺达江．电磁场与电磁波仿真实验教学[J]．实验室研究与探索，2010，29（5）：30-32[3] 王明军．MATLAB 在电磁场与电磁波课程教学中的应用[J]．咸阳师范学院学报，2009，24（2）：89-91 [4] 郭瑜，虞致国．电磁场与电磁波仿真实验教学研究[J]．无锡职业技术学院学报，2018，17（2）：28-31[5] 杨明珊，谭凤杰，李志中，等．电磁场与电磁波实验仿真系统[J]．郑州大学学报：理学版， 2013，45（2）：64-67 [6] 乔世坤．Matlab 在通信课程中的仿真应用[M]．哈尔滨：东北林业大学出版社，2017 [7] 马冰然．电磁场与微波技术[M]．广州：华南理工大学出版社，1999[8] William Hayt，John Buck．Engineering Electromagnetics[M]．Beijing：Tsinghua University Press，2011[9] 万棣，范懿．电磁场与电磁波虚拟仿真系统的设计与开发[J]．电气电子教学，2017，39（4）：141-144[10]邓红涛，刘巧，田敏．利用仿真软件优化电磁场与电磁波教学[J]．电脑知识与技术，2014，10（4）：792-794。

Designer电磁仿真软件学习实验结果报告

实验一、Designer 电磁仿真软件学习姓名：学号：一、实验目的Designer 电磁仿真软件中天线模型的建立和仿真二、实验内容同轴探针馈电的矩形微带贴片天线三、实验原理1．天线谐振频率：mn f =2．天线馈电点位置：2W x =，1cos r L y π-= 四、实验步骤1．设置平面电磁仿真① 点击开始按钮，选择程序>Ansoft > Designer ，点击Ansoft Designer ； ② 选择菜单Project >Insert Planar EM Design ；③ 在Choose Layout Technology 对话框中选择None2．插入层① 选择菜单Layout>Layers 打开编辑图层对话框，点击Stackup 标签； ② 插入一个无限大的地面层：在叠层对话框中，单击Add Layer ，在Name 列表中键入ground ，在Type 列表中选择metalized signal ；③ 插入一个无限大的介质层：在叠层对话框中，单击Add Layer ，在Name 列表中键入substrate ，在Type 列表中选择dielectric ；④ 修改介质的材料及厚度：单击Material 菜单中介质层对应的Rogers 按钮打开材料定义对话框，在Material 列表的Search Parameters 框中输入FR4，点击确定按钮；在Thickness列表介质层对应的位置输入1.6mm，点击确定按钮；⑤插入图层：在叠层对话框中，单击Add Layer，在Name列表中键入trace，在Type列表中选择signal3．绘制模型①切换活动层为Trace：选择菜单Layout>Layers，选择Trace层；②绘制一个矩形：选择菜单Draw>Primitive>Rectangle；拖动鼠标绘制一个矩形，双击矩形通过修改左下角点的坐标(-10,-10)和右上角点的坐标(10,10)来改变矩形位置、大小；③绘制一个过孔：选择菜单Draw>Via，鼠标移至所绘制矩形中单击左键，双击绘制的过孔，通过修改Hole Diameter(1mm)和Location (-3.5mm,0mm)来改变过孔的大小、位置4．分配端口在Project Manger窗口依次展开Project、PlanarEM1、Model、Vias，选中LayoutVia1,单击右键选择Properties打开过孔属性对话框，在Low layer标签的Excitation Type列表中选择coaxial excitation，单击确定5．设置平面电磁分析①增加分析设置：选择菜单Planar EM>Analysis Setup>Add SolutionSetup打开Setup对话框，在Meshing Parameter标签Fixed Mesh的频率设置为6GHz；②增加扫频：选择菜单Planar EM>Analysis Setup>Add FrequencySweep打开Sweep 1对话框；Sweep Description列表中选中默认扫描单击Delete，Type列表中选择Interpolating，Specify Frequency Sweep列表中选择Linear Step，在Start, Stop和Step框中分别输入1GHz, 6GHz和0.02GHz，依次点击Add和确定按钮6．分析、保存工程①分析：选择菜单Planar EM>Analyze；②保存工程：选择菜单File>Save打开保存对话框，输入文件名称ProbeAntenna，点击保存按钮7．创建报告①创建S参数曲线a) 选择菜单Planar EM>Results>Create Report打开创建报告窗口，Report Type选择Standard，Display Type选择Rectangle Plot，单击OK打开轨迹窗口；b) Context对话框Solution选择Setup 1 Sweep1，Y标签Category、Quantity和Function分别选择S Parameter，S(Port1,Port1)和dB，依次点击Add Trace和Done按钮（设计天线的仿真频率为3.44GHz）②创建方向图和增益图a) 增加离散扫频：在Project Manger窗口依次展开Probe Antenna、PlanarEM1、Analysis，选中Setup 1单击右键选择Add FrequencySweep打开扫频对话框，Sweep Description列表中选中默认扫描单击Delete，Type列表中选择discrete,并在Generate Surface Current选项打勾，Specify Frequency Sweep列表中选择Linear Count，在Start,Stop和Step框中分别输入3.41GHz, 3.5GHz和10，依次点击Add和OK按钮；b) 分析：在Project Manger窗口PlanarEM1列表展开Setup 1选中Sweep 2单击右键选择Analyze；c) 创建方向图：在Project Manger窗口PlanarEM1列表选中Results单击右键选择Create Report打开创建报告窗口，Report Type选择Far Field，Display Type选择3D Polar Plot，单击OK按钮打开轨迹窗口，Context对话框Solution选择Setup 1 Sweep2，点击Sweeps标签，F选择 3.44GHz, 点击Mag标签Category、Quantity和Function分别选择Gain，Gain Accepted和dB，依次点击Add Trace和Done按钮；d) 创建增益图：在Project Manger窗口PlanarEM1列表选中Results单击右键选择Create Report打开创建报告窗口，Report Type选择Far Field，Display Type选择Rectangle Plot，单击OK按钮打开轨迹窗口，Context对话框Solution选择Setup 1 Sweep2，点击Sweeps标签选中第一行单击左键选择F，第二行Phi和第三行Theta分别去掉最右边All Values勾，都选为0deg，Y标签Category、Quantity和Function分别选择Gain，Gain Accepted和dB，依次点击AddTrace和Done按钮五、实验报告1．总结Designer中天线模型的建立和仿真过程的注意事项；在进行仿真过程中，应该注意严格按照实验书中的要求设置各项参数和选项。

电磁波传播特性虚拟仿真实验教学

第４３卷　第１期２０２１年２月电气电子教学学报ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＥＥＥＶｏｌ．４３　Ｎｏ．１Ｆｅｂ．２０２１收稿日期：２０１９１２０２；修回日期：２０２００２１８基金项目：武汉理工大学教学研究项目（ｗ２０１８０９０），湖北省高校省级教学改革研究项目（ｗ２０１８０１４）第一作者：付琴（１９７７），女，博士，副教授，主要从事电磁场和微波技术的教学与研究，Ｅｍａｉｌ：Ｆｕｑｉｎ＠ｗｈｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ电磁波传播特性虚拟仿真实验教学付　琴，黄秋元，李政颖，赵　宁，许建霞（武汉理工大学信息工程学院，湖北武汉４３００７０）摘要：本文在电磁波传播特性理论分析的基础上，结合ＥａｓｔＷａｖｅ构建了均匀平面波在自由空间、理想导体分界面、理想介质分界面、半波长夹层介质和四分之一波长匹配层中传播的虚拟实验教学模型，对其入射、反射和折射进行了虚拟仿真，直观形象化地呈现电磁波传播过程以及遇到边界时电磁波实时动态变化。

通过虚拟仿真实验教学验证了电磁传播特性，改善了教学效果，提升了学生理论应用于实践的能力。

关键词：电磁波传播；虚拟实验；均匀平面电磁波中图分类号：Ｇ６４２．０文献标识码：Ａ文章编号：１００８０６８６（２０２１）０１０１５１０４ＶｉｒｔｕａｌＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔＴｅａｃｈｉｎｇｏｆｔｈｅＥｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃＷａｖｅＰｒｏｐａｇａｔｉｏｎＣｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓＦＵＱｉｎ，ＨＵＡＮＧＱｉｕｙｕａｎ，ＬＩＺＨｅｎｇｙｉｎｇ，ＺＨａｏＮｉｎｇ，ＸＵＪｉａｎｘｉａ（ＳｃｈｏｏｌｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＷｕｈａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｗｕｈａｎ４３００７０，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｔｈｅｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅｓ，ａｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｔｅａｃｈｉｎｇｍｏｄｅｌｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄａｂｏｕｔｕｎｉｆｏｒｍｐｌａｎｅｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｎｇｉｎｆｒｅｅｓｐａｃｅ，ｐｅｒｆｅｃｔｃｏｎｄｕｃｔｏｒｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｐｅｒｆｅｃｔｍｅｄｉｕｍｉｎｔｅｒｆａｃｅ，ｈａｌｆｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｍｅｄｉｕｍｌａｙｅｒａｎｄｑｕａｒｔｅｒｗａｖｅｌｅｎｇｔｈｍａｔｃｈｉｎｇｌａｙｅｒｉｎＥａｓｔＷａｖｅ．Ｔｈｅｖｉｒｔｕａｌｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｓｓｈｏｗｔｈｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎｐｒｏｃｅｓｓａｎｄｔｈｅｒｅａｌｔｉｍｅｄｙｎａｍｉｃｃｈａｎｇｅｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅｗｈｅｎｉｔｅｎｃｏｕｎｔｅｒｓｔｈｅｂｏｕｎｄａｒｙ．Ｔｈｒｏｕｇｈｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｔｅａｃｈｉｎｇ，ｔｈｅｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓｏｆｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎａｒｅｖｅｒｉｆｉｅｄ，ｔｈｅｔｅａｃｈｉｎｇｅｆｆｅｃｔｉｓｉｍｐｒｏｖｅｄ，ａｎｄｔｈｅｐｒａｃｔｉｃａｌａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｔｕｄｅｎｔｓｉｓｅｎｈａｎｃｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｅｌｅｃｔｒｏｍａｇｎｅｔｉｃｗａｖｅｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ；ｖｉｒｔｕａｌｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔ；ｕｎｉｆｏｒｍｐｌａｎｅｗａｖｅ０　引言虚拟仿真实验教学项目是推进现代信息技术融入实验教学项目、拓展实验教学内容广度和深度、延伸实验教学时间和空间、提升实验教学质量和水平的重要举措［１］。

基于Matlab的均匀平面电磁波的仿真

基于Matlab的均匀平面电磁波的仿真作者：李丽芬张秋菊李扬来源：《现代电子技术》2013年第21期摘要：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 文献标识码： A 文章编号： 1004⁃373X（2013）21⁃0136⁃020 引言“电磁场与电磁波”是电子与通信类专业本科生必修的一门专业基础课，课程涵盖的内容是电子与通信类专业本科阶段所应具备的知识结构的重要组成部分。

在教学过程中，学生普遍反映该门课程比较抽象，包含了大量的数学公式推导，很多概念难以理解。

无论是电磁场还是电磁波，都是看不到、摸不着的，教师难讲、学生难懂是当前该门课程教学中普遍存在的现象。

Matlab由于其强大的功能、简单易学的编程语言和可视化的仿真环境，为电磁场与电磁波的教学提供了仿真条件。

借助Matlab模拟和实现结构的可视化，把抽象概念变为清晰，对复杂公式进行计算和绘图，动态直观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，有助于学生对这门课程的学习。

本文利用Matlab对平面电磁波的传播、极化、反射和折射的仿真，将抽象的电磁波形象化，取得了很好的教学效果。

1 均匀平面电磁波传播的仿真设电磁波沿[z]轴方向传播，在与[z]轴垂直的平面上，其电磁场强度各点具有相同的振幅和振动方向，即[E]和[H]只与[z]有关，而与[x]和[y]无关，这种电磁波就是均匀平面电磁波。

1.1 电场和磁场只有一个分量的情况沿[z]轴传播的均匀平面电磁波的瞬时值可表示为如下形式：[E=exE0mcos（ωt-kz+φ0）H=eyE0mηcos（ωt-kz+φ0）]式中：本征阻抗[η=με]，波数[k=ωμε]。

《电磁场与电磁波》仿真实验

年《电磁场与电磁波》仿真实验————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：《电磁场与电磁波》仿真实验2016年11月《电磁场与电磁波》仿真实验介绍《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。

受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用MATLAB 仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。

本课程仿真实验包含五个内容：一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门二、单电荷的场分布三、点电荷电场线的图像四、线电荷产生的电位五、有限差分法处理电磁场问题目录一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 (4)二、单电荷的场分布 (10)三、点电荷电场线的图像 (12)四、线电荷产生的电位 (14)五、有限差分法处理电磁场问题 (17)实验一电磁场仿真软件——Matlab的使用入门一、实验目的1. 掌握Matlab仿真的基本流程与步骤；2. 掌握Matlab中帮助命令的使用。

二、实验原理（一）MATLAB运算1.算术运算(1)．基本算术运算MATLAB的基本算术运算有：＋(加)、－(减)、*(乘)、/(右除)、\(左除)、^(乘方)。

注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个数据的算术运算只是一种特例。

(2)．点运算在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以叫点运算。

点运算符有.*、./、.\和.^。

两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。

例1：用简短命令计算并绘制在0≤x≦6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。

2016年《电磁场与电磁波》仿真实验

2016年《电磁场与电磁波》仿真实验《电磁场与电磁波》仿真实验2016年11月《电磁场与电磁波》仿真实验介绍《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。

受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用 MATLAB 仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。

本课程仿真实验包含五个内容：一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门二、单电荷的场分布三、点电荷电场线的图像四、线电荷产生的电位五、有限差分法处理电磁场问题目录一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 (4)二、单电荷的场分布 (10)三、点电荷电场线的图像………………………………………………………………………………………12四、线电荷产生的电位 (14)五、有限差分法处理电磁场问题 (17)实验一电磁场仿真软件——Matlab的使用入门一、实验目的1. 掌握Matlab仿真的基本流程与步骤；2. 掌握Matlab中帮助命令的使用。

二、实验原理（一）MATLAB运算1.算术运算(1)．基本算术运算MATLAB的基本算术运算有：＋(加)、－(减)、*(乘)、/(右除)、\(左除)、^(乘方)。

注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个数据的算术运算只是一种特例。

(2)．点运算在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以叫点运算。

点运算符有.*、./、.\和.^。

两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。

例1：用简短命令计算并绘制在0≤x≦6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。

程序：x=linspace(0,6)y1=sin(2*x),y2=sin(x.^2),y3=(sin(x)).^2;plot(x,y1,x, y2,x, y3)（二）几个绘图命令1. doc命令：显示在线帮助主题调用格式：doc 函数名例如：doc plot，则调用在线帮助，显示plot函数的使用方法。

电磁波仿真实验

电磁波仿真实验实验内容1．本次实验介绍了matlab的安装过程2．初步对于MATLAB有了基本的认识与了解3．熟悉MATLAB软件的基本操作有时，为了使图形具有可读性，需要在所绘制的图形中，加上一些网格线来反映信号的幅度大小。

在MATLAB中使用grid函数可实现在图形中加网格线。

gridon%在图形中加网格线gridoff%取消图形中的网格线holdon%图形显示窗口原来的图像保持holdoff%关闭图形保持功能figure%打开新的显示窗口MATLAB的工作环境主要由工具栏、文件路径，当前文件夹，命令窗口以及工作变量区构成（由于设置不同，软件中也会显示历史窗口，记录的是在命令窗口的历史输入），如图1所示。

工具栏也就是如下图所示的部分，它是用来对软件进行一系列操作的区域。

命令窗口是进行一系列命令输入的地方，当有指令输入并按下Enter 键时，软件会自动执行该条指令，并执行出该命令的结果。

文件路径是当前文件夹的地址，在该区域可以实现文件路径的切换。

当前文件夹是显示当前文件路径下所有文件的窗口，可以在此双击打开所需要的.m等不同格式的文件。

工作变量区是存放所执行程序中涉及到的所有变量值的空间，可以在该区域双击某变量查看该变量具体表示情况。

MATLAB使用中的部分注意事项如下：1、变量不需要先定义，随时用随时起名字即可；2、用文本编辑器编写的程序、函数的文件扩展名均为“.m”；3、程序文件在起名字时要注意不能用数字和中文作为文件名；4、函数文件在保存时会自动以定义的函数名作为其文件名，不允许修改，否则函数无法运行；5、变量和常量的标识符中的第一个字符必须是英文字符；6、MATLAB变量区分大小写；7、如果不想在命令行窗口输出运行结果，只需在代码后面加上分号即可；8、plot是绘图的意思，ub是子的意思。

ubplot(m,n,p)表示生成m某n个子图，当前激活第p个子图；9、程序某=input(‘Typeinignal某(t)incloedform:’)，表示接收键盘输入值并赋值给某。

电磁场仿真

电磁场Matlab 仿真一、实验目的1. 进一步学习MATLAB ，初步掌握GUI 界面的编程。

2. 通过编程实现电磁波仿真效果图。

3. 进一步理解平面电磁波的入射、反射和折射现象。

二、实验要求1. 以电场为例，动态演示平面电磁波的传播情况。

2. 可以任意设置媒介的介电常数和入射角。

3. 考虑金属导体和空气的分界面平面电磁波的入射、反射情况。

三、实验原理电磁波从一种媒质入射到第二种媒质时，分界面使一部分能量反射回第一种媒质，另一部分能量折射到第二种媒质中，反射波和折射波得大小和相位取决于分界面两侧的媒质特性、极化方向和入射角大小等，当电磁波入射到理想导体表面时，会发生全反射。

这一过程中包括的主要原理有以下三点。

1. 正弦平面波在媒质分界面的反射和折射规律波对分界面的入射是任意的，但为了方便，我们假设入射面与zox 面重合。

波在z>0时发生入射和反射，在z<0时发生折射并令空间任意一点r处的入射波、反射波和折射波场强为：111(sin cos )00(sin cos )00(sin cos )00i i i i r r i t t jK r jK x z i i i jK r jK x z r r r jK r jK x z tt t E E e E e E E eE e E E e E e θθθθθθ--+--+--+⎧==⎪==⎨⎪==⎩图表 1 正弦波斜入射示意图根据在z=0的界面上电场强度的切线分量相等的边界条件，有(,,0)(,,0)(,,0)i r t E x y E x y E x y ==故必有112sin sin sin i r t k k k θθθ==反射定律：i r θθ=折射定律：12sin sin i r k k θθ=2. 正弦平面波对理想介质的斜入射a) 垂直极化波垂直极化波对理想介质斜入射如图所示，由折射和反射定律，我们可以得到在任意媒质中的场强。

电磁场仿真实验报告

电磁场仿真实验报告第一篇：电磁场仿真实验报告电磁场仿真实验报告电气工程学院 2011级2班 2011302540056 黄涛实验题目：有一极长的方形金属槽，边宽为1m，除顶盖电位为100sin(pi*x)V外，其它三面的电位均为零，试用差分法求槽内点位的分布。

1、有限差分法的原理它的基本思想是将场域划分成网格，用网格节点的差分方程近似代替场域内的偏微分方程，然后解这些差分方程求出离散节点上位函数的值。

一般来说，只要划分得充分细，其结果就可达到足够的精确度。

差分网格的划分有多种不同的方式，这里将讨论二维拉普拉斯方程的正方形网格划分法。

如下图1所示，用分别平行与x，y轴的两组直线把场域D划分成许多正方行网格，网格线的交点称为节点，两相邻平行网格线间的距离h称为步距。

用表示节点处的电位值。

利用二元函数泰勒公式，可将与节点（xi，yi）直接相邻的节点上的电位值表示为上述公式经整理可得差分方程这就是二维拉普拉斯方程的差分格式，它将场域内任意一点的位函数值表示为周围直接相邻的四个位函数值的平均值。

这一关系式对场域内的每一节点都成立，也就是说，对场域的每一个节点都可以列出一个上式形式的差分方程，所有节点的差分方程构成联立差分方程组。

已知的边界条件经离散化后成为边界点上已知数值。

若场域的边界正好落在网格点上，则将这些点赋予边界上的位函数值。

一般情况下，场域的边界不一定正好落在网格节点上，最简单的近似处理就是将最靠近边界点的节点作为边界节点，并将位函数的边界值赋予这些节点。

2、差分方程的求解方法：简单迭代法先对静电场内的节点赋予迭代初值，其上标（0）表示初始近似值。

然后再按下面的公式：进行多次迭代（k=0,1,2,3…）。

当两次邻近的迭代值差足够小时，就认为得到了电位函数的近似数值解。

实验程序： a=zeros(135,135);for i=1:135 a(i,i)=1;end;for i=1:7 a(15*i+1,15*i+2)=-0.25;a(15*i+1,15*i+16)=-0.25;a(15*i+1,15*i-14)=-0.25;end for i=1:7 a(15*i+15,15*i+14)=-0.25;a(15*i+15,15*i+30)=-0.25;a(15*i+15,15*i)=-0.25;enda(1,2)=-0.25;a(1,16)=-0.25;a(121,122)=-0.25;a(121,106)=-0.25;a(135,134)=-0.25;a(135,120)=-0.25;a(15,14)=-0.25;a(15,30)=-0.25;for i=2:14 a(i,i-1)=-0.25;a(i,i+1)=-0.25;a(i,i+15)=-0.25;end for i=122:134 a(i,i-1)=-0.25;a(i,i+1)=-0.25;a(i,i-15)=-0.25;end for i=1:7 for j=2:14;a(15*i+j,15*i+j-1)=-0.25;a(15*i+j,15*i+j+1)=-0.25;a(15*i+j,15*i+j+15)=-0.25;a(15*i+j,15*i+j-15)=-0.25;end end b=a^(-1);c=zeros(135,1);for i=121:135 c(i,1)=25;end d=b*c;s=zeros(11,17);for i=2:16 s(11,j)=100*sin(pi.*i);end for i=1:9 for j=1:15 s(i+1,j+1)=d(15*(i-1)+j,1);end end subplot(1,2,1),mesh(s)axis([0,17,0,11,0,100])subplot(1,2,2),contour(s,32)实验结果如下：***010***65432151015以上是划分为135*135个网格的过程，同理可有如下数据：（1）将题干场域划分为16个网格，共有25各节点，其中16个边界的节点的电位值是已知，现在要解的是经典场域内的9个内节点的电位值。

华中科技大学电磁场与电磁波课程仿真实验报告

《电磁场与电磁波》课程仿真实验报告学号*********姓名Crainax专业光学与电子信息学院院（系）******2016 年11月27日1.实验目的1）理解均匀波导中电磁波的分析方法，TEM/TE/TM 模式的传输特性；2）了解HFSS 仿真的基本原理、操作步骤；3）会用HFSS 对金属波导的导波特性进行仿真；4）画出波导主模的电磁场分布；5）理解波导中的模式、单模传输、色散与截止频率等概念。

2.实验原理2.1导波原理如图1，z轴与金属波导管的轴线重合。

假设：1）波导管内填充的介质是均匀、线性、各向同性的；2）波导管内无自由电荷和传导电流；3）波导管内的场是时谐场。

图1 矩形波导以电场为例子，将上式代入亥姆霍兹方程 2E+k2E=0，并在直角坐标内展开，即有：其中k c表示电磁波在与传播方向相垂直的平面上的波数。

如果导波沿z方向传播，则对波导中传播的电磁波进行分析可知：1）场的横向分量可由纵向分量表示；2）既满足亥姆霍兹方程有满足边界条件的解很多，每个解对应一个波形（或称之为模式）3）k c是在特定边界条件下的特征值，当相移常数β=0 时，意味着波导系统不在传播，此时k c=k，k c称为截止波数。

2.2 矩形波导中传输模式的纵向传输特性波导中的电磁波在传输方向的波数β由下式给出：式中k为自由空间中同频率的电磁波的波数。

要使波导中存在导波，则β必须为实数，即如上式不满足，则电磁波不能在波导内传输，即截止。

矩形波导中TE10模的截止波长最长，故称它为最低模式，其余模式均称为高次模。

由于TE10模的截止波长最长且等于2a，用它来传输可以保证单模传输。

当波导尺寸给定且有a＞2b时，则要求电磁波的工作波长满足a＜λ＜2a λ＞2b当工作波长给定时，则波导尺寸必须满足3．实验内容在HFSS中完成圆波导的设计与仿真，要求画出电场分布，获得色散曲线。

模型半径为：4.20mm.1）探讨圆波导的横截面尺寸发生变化时，主模（TE11模）的场分布和传播特性如何变化；2）探讨圆波导的填充介质发生变化时，主模（TE11模）的场分布和传播特性如何变化；3）比较圆波导中前两个模式的差别（提示：TE11模和TM01模式，两者的截止波长分别为3.41a，2.62a）4.仿真实验步骤1）理论计算（给出截止频率计算过程及结果）；圆波导中的TM波：容易得到TM模式下对应截至频率(c)TM01=（h）TM01/2 = （HZ）即为TM模式下的极限频率。

《电磁场与电磁波》仿真实验

《电磁场与电磁波》仿真实验2016年11月《电磁场与电磁波》仿真实验介绍《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。

受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用 MATLAB 仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。

本课程仿真实验包含五个内容：一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门二、单电荷的场分布三、点电荷电场线的图像四、线电荷产生的电位五、有限差分法处理电磁场问题目录一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 (4)二、单电荷的场分布 (10)三、点电荷电场线的图像 (12)四、线电荷产生的电位 (1)4五、有限差分法处理电磁场问题 (17)实验一电磁场仿真软件——Matlab的使用入门一、实验目的1. 掌握Matlab仿真的基本流程与步骤；2. 掌握Matlab中帮助命令的使用。

二、实验原理（一）MATLAB运算1.算术运算(1)．基本算术运算MATLAB的基本算术运算有：＋(加)、－(减)、*(乘)、/(右除)、\(左除)、^(乘方)。

注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个数据的算术运算只是一种特例。

(2)．点运算在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以叫点运算。

点运算符有.*、./、.\和.^。

两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。

例1：用简短命令计算并绘制在0≤x≦6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。

程序：x=linspace(0,6)y1=sin(2*x),y2=sin(x.^2),y3=(sin(x)).^2;plot(x,y1,x, y2,x, y3)（二）几个绘图命令1. doc命令：显示在线帮助主题调用格式：doc 函数名例如：doc plot，则调用在线帮助，显示plot函数的使用方法。

matlab仿真平面电磁波的反射和干涉实验

电磁场与电磁波实验实验三平面电磁波的反射和干涉实验学院：电子工程学院班级：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19 日请务必填写清楚姓名、学号、班级及理论课任课老师。

实验三平面电磁波的反射和干涉实验一、实验目的：1.通过虚拟仿真观察并理解平面电磁波的传输特性。

2.利用平面线极化电磁波投射到介质板上产生反射波和透射波的干涉现象来了解平面电磁波传播的一些基本特性。

3.利用干涉条纹（即空间驻波）的分布学习一种测量微波波长的方法，观察在介质中电磁波的传播从而测量其相对介电常数。

二、实验装置：实验装置如图1所示，微波源与各透射板、反射板有足够的距离以保证近似为平面波。

分束板应与入射电磁波成45°，与两反射板也成45°，A、B两反射板互相垂直。

BAmA图1微波干涉仪三、实验原理：1. 平面电磁波的传播、反射及透射电磁波在传播过程中遇到两种不同波阻抗的介质分界面时，在介质分界面上将有一部分电磁能量被反射回来，形成反射波；另一部分电磁能量可能透过分界面继续传播，形成透射波。

设分界面为无限大平面，位于z=0处。

入射波的电场和磁场分别依次为：10ˆjk z i x i E aE e −= 1011ˆjk z i y i H a E e η−=其中，0i E 是z=0处入射波的振幅，k 1和η1为介质1的相位常数和波阻抗，且有：1k =，1η=(1) 当平面电磁波向理想导体垂直入射时如图2所示，因为介质2为理想导体，其中的电场和磁场均为零，即：20E =，20H =。

因此，介质2中没有透射波，电磁波不能透过理想导体表面，而是被分界面全部反射，在介质1中形成反射波r E 和 r H 。

图2平面电磁波向理想导体垂直入射则反射波的电场和磁场为：10ˆjk z r x r E aE e = 1011ˆjk z r y r H a E e η=−其中，0r E 为z=0处反射波的振幅，负号表示磁场方向发生了变化。

2016年《电磁场与电磁波》仿真实验

《电磁场与电磁波》仿真实验2016年11月《电磁场与电磁波》仿真实验介绍《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一，仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程，通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。

受目前实验室设备条件的限制，目前主要利用MATLAB 仿真软件进行，通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合，以理论指导实践，提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目，使学生进一步巩固理论基本知识，建立电磁场与电磁波理论完整的概念。

本课程仿真实验包含五个内容：一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门二、单电荷的场分布三、点电荷电场线的图像四、线电荷产生的电位五、有限差分法处理电磁场问题目录一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 (4)二、单电荷的场分布 (10)三、点电荷电场线的图像 (12)四、线电荷产生的电位 (14)五、有限差分法处理电磁场问题 (17)实验一电磁场仿真软件——Matlab的使用入门一、实验目的1. 掌握Matlab仿真的基本流程与步骤；2. 掌握Matlab中帮助命令的使用。

二、实验原理（一）MATLAB运算1.算术运算(1)．基本算术运算MATLAB的基本算术运算有：＋(加)、－(减)、*(乘)、/(右除)、\(左除)、^(乘方)。

注意，运算是在矩阵意义下进行的，单个数据的算术运算只是一种特例。

(2)．点运算在MATLAB中，有一种特殊的运算，因为其运算符是在有关算术运算符前面加点，所以叫点运算。

点运算符有.*、./、.\和.^。

两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算，要求两矩阵的维参数相同。

例1：用简短命令计算并绘制在0≤x≦6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。

程序：x=linspace(0,6)y1=sin(2*x),y2=sin(x.^2),y3=(sin(x)).^2;plot(x,y1,x, y2,x, y3)（二）几个绘图命令1. doc命令：显示在线帮助主题调用格式：doc 函数名例如：doc plot，则调用在线帮助，显示plot函数的使用方法。

电磁波界面反射 + 仿真分析

一、要求学习：电磁波界面反射+ 仿真分析一束5W 的线偏振光以 φ= 45 度方位角振动，垂直入射到玻璃 - 空气表面，该光束波长0.6 m ，玻璃介质折射率1.54 @0.6 m ，当入射角θ从0-70 度变化时，通过给定条件，分别完成如下要求： 1 建立数学模型；2画出该光束反射光的光强曲线（I-θ）；3分析该反射光束的偏振态变化，画出偏振方向变化曲线（φ-θ）和偏振光束相位变化曲线（Φ-θ）。

（注：光束从光密到光疏的界面，在入射角θ从0-70 度变化中，包括了临界角θc ）二、数学建模1、由理论知识可以得到以下结论：2pp 12s s 1p 1's 1r *I r *I I I I +=+=’θ=45°，所以 W5.2I I p 1s 1==，可得 Wr r *5.2I 2p 2s ）（+=再又公式：12sin 54.1sin θθ=222sin -1cos θθ±=）（）（2121s sin -sin -r θθθθ+=）（）（2121p tan -tan -r θθθθ+=可画出对应I-θ曲线。

2、对于反射光有：’’p 1s1A A tan =ϕ由入射光偏振角为45°可得：p 1s 1A A =再又s 1s 1s A A r ’=，s 1s1s A Ar ’=得到p sr r tan =ϕ可画出对应的φ-θ曲线。

3、当入射角小于临界角时，s r ，p r 均为实数，其正负号反应相位的变化：当s r ，p r 大于0时，φ为0；当s r ，p r 小于0时，φ为180°。

当入射角大于临界角时，s r ，p r 均为虚数，有)exp(sin cos sin cos r 21212121s s j n j n j δθθθθ=-+--= )exp(sin cos sin cos r 2121221212p p j n j n n j n δθθθθ=-+--=又上述公式可以画出对应的Φ-θ曲线。

平面波仿真实验报告

平面波仿真实验报告本实验旨在通过对平面波的仿真，掌握平面波在介质中传播的规律和特点，了解波动现象的基本原理和模型，以及掌握MATLAB仿真工具的使用方法。

二、实验内容：1. 介质中平面波的传播特点分析；2. 采用MATLAB软件进行平面波的仿真，分析不同条件下平面波的传播情况；3. 对仿真结果进行分析和对比，得出不同条件下的波动特性。

三、实验原理：平面波是一种特殊的波动形式，以平行于介质表面的方向传播。

在介质中传播时，平面波的振动方向垂直于传播方向，且波前为平面形状，波长恒定，振幅随距离变化而衰减。

平面波的传播速度与介质的物理性质相关，而与波长和振幅无关。

当平面波在介质边界处遇到折射时，会发生反射和折射现象，反射波与入射波平行，而折射波则沿着新介质的传播方向传播。

MATLAB是一种常用的科学计算软件，在波动现象的研究中也有广泛的应用。

通过建立平面波的数学模型，可以采用MATLAB进行平面波的仿真，分析不同条件下平面波的传播情况。

四、实验步骤：1. 建立平面波的数学模型，并设置不同条件下的参数；2. 使用MATLAB进行仿真，并记录仿真结果；3. 对不同条件下的仿真结果进行分析和对比；4. 撰写实验报告，总结实验结果和得出的结论。

五、实验结果与结论：通过对平面波的仿真实验，可以得出以下结论：1. 不同条件下平面波的传播情况不同，包括传播速度、波长和振幅等参数；2. 平面波在介质边界处发生反射和折射现象，反射波与入射波平行，而折射波则沿着新介质的传播方向传播；3. 通过MATLAB进行平面波的仿真，可以方便地观察和分析不同条件下的波动特性，为进一步研究波动现象提供了有效的工具和方法。

均匀平面电磁波传播试压报告

利用Matlab模拟均匀平面电磁波传播姓名：班级：一、实验目的1、理解数值模拟研究物理问题的思路，能独立地运用此方法研究物理问题，掌握数值模拟的编程。

2、用Matlab 数值模拟的方法研究三维空间中均匀平面电磁波的传播二、实验原理设电磁波沿z 轴方向传播，在与z 轴垂直的平面上，其电磁场强度各点具有相同的振幅和振动方向，即E 和H 只与z 有关，而与x 和y 无关，这种电磁波就是均匀平面电磁波。

沿z 轴传播的均匀平面电磁波的瞬时值可表示为如下形式：三、实验内容以一频率为100 MHz的均匀平面波在线性、均匀、各向同性的理想介质中传播为例，动态仿真了电磁波传播的过程，这里用到了Matlab 的meshgrid、plot3、pause等函数。

通过图形，可以直观地看到电场和磁场互相垂直、相位相同、沿z 轴成正弦变化的规律。

代码如下所示：clearclose allu0=4*pi*1e-7;e0=1e-9/(36*pi);Z0=(u0/e0)^0.5;f=1e8;w=2*pi*f;k=w*(u0*e0)^0.5;phi_E=0;phi_H=0;EE=20;HH=EE/Z0;x=0:0.1:20;m0=zeros(size(x));gifname='mag_motion.gif';figurefor t=0:1:100Ez=EE*cos(k*x-w*t*1e-9+phi_E);Hy=HH*cos(k*x-w*t*1e-9+phi_H);plot3(x,m0,Ez,'b','LineWidth',2);hold onplot3(x,Hy,m0,'r','LineWidth',2);hold offxlabel('传播方向')ylabel('磁场Hy')zlabel('电场Ez')title(['平面电磁波传播示意图','t=',num2str(t),'ns'],'fontsize',14) set(gca,'fontsize',12)drawnowframe=getframe(1);im=frame2im(frame);[imind,cm]=rgb2ind(im,500);if t==0;imwrite(imind,cm,gifname,'gif');elseimwrite(imind,cm,gifname,'gif','WriteMode','append','Dela yTime',0.1);endend四、实验结果五、实验总结通过这次试验，进一步学习和掌握了MATLA的使用，为令后的学习和应用MATLA右下了更好的基础。

课程实验正弦均匀平面电磁波的反射和折射

课程实验正弦均匀平面电磁波的反射和折射正弦均匀平面电磁波的反射和折射1、正弦均匀平面电磁波对平面边界的垂直入射1(1对两种介质边界的垂直入射(1)仿真参数:计算机仿真中所用的介质，其各项参数及对照均可在表中查到物质介电常数磁导率导电系数硬橡胶 3 1 1e-015siemens/m亚硝酸硅 7 1 0玻璃 5.5 1 0金 1 0.99996 41000000siemens/m银 1 0.99998 61000000siemens/m铜 1 0.99991 58000000siemens/m真空 1 1 0(,)仿真模型:图1 仿真结构图(以下仿真均以此为模型)(3)仿真结果:a. 介质1为真空，介质2为硬橡胶，激励频率为10GHz，仿真结果如下: 图2电场场图截面(a)图3电场场图截面(b)图4坡印廷矢量图图5电场波形图(x轴为仿真图y轴长度，波形图y轴为电场强度)由图2至图5可知，电场在真空区域，由于反射波与入射波的作用形成了行驻波，而在硬橡胶区域中，场强和波长都明显衰减，这是由于其介电常数大于真空中的介电常数，而其整体也成指数衰减。

这样的结果符合理论实践，仿真是正确的。

图6磁场场图截面(a) 图7磁场场图截面(b)图8磁场波形图(x轴为仿真图y轴长度，波形图y轴为磁场强度)由图6至图8可知，磁场在真空区域，由于反射波与入射波的作用形成了行驻波，而在硬橡胶区域中，场强和波长都明显衰减，这是由于其介电常数大于真空中的介电常数，而其整体也成指数衰减。

这样的结果符合理论实践，仿真是正确的。

b. 介质1为真空，介质2为亚硝酸硅，激励频率为10GHz，仿真结果如下:图9电场场图截面(a)图10电场场图截面(b) 图11坡印廷矢量图图12电场波形图(亚硝酸硅，x轴为仿真图y轴长度，波形图y轴为电场强度) 由图9至图12可知，电场在真空区域，由于反射波与入射波的作用形成了行驻波，而在亚硝酸硅区域中，场强和波长都明显衰减，这是由于其介电常数大于真空中的介电常数，而其整体也成指数衰减。

平面电磁波仿真实验

实验三平面电磁波传播仿真仿真一、实验目的(1) 掌握平面电磁波概念。

(2) 熟悉MATLAB仿真软件的使用。

二、实验内容(1) 编写MATLAB程序仿真平面电磁波程序。

(2) 观察平面电磁波与时间的关系。

(3) 观察平面电磁波与相位关系。

(4) 观察平面电磁波与空间距离关系。

(5) 分析仿真中观察的数据，撰写实验报告。

三、实验原理等相位面为平面电磁波称为平面电磁波，如果在等相位面内电场强度与磁场强度的大小和方向均不变，则称为均匀平面波。

对于均匀平面波，各场分量仅与传播方向的坐标有关。

或者说均匀平面波的电磁场分量与传播方向相垂直的坐标无关设均匀平面波沿z轴传播，其电场沿x轴取向，也就是沿y轴和z轴的电场分量为零。

因此，有 E=a xEx(z) 如果电介质区是无限延伸的，则只有一个沿+z轴方向传播的均匀平面波。

此时，电场矢量一般表示为E=axE0e-j kz式中E0为一常数。

电场在时域中的表达式为Ex(z, t)=|E0|cos(ωt-kz+φ0)式(6-1-7)中的(ωt-kz+φ0)代表了场的波动状态，称为电磁波的相位(Phase)。

它由三部分构成。

其中，ωt表示随时间变化部分；-kz表示随空间距离变化部分；φ0表示场在z=0, t=0时的状态，称为初相位。

场强也随z变化。

图6-3给出的是不同时刻t1和t2(t2>t1)的电场对距离z的关系曲线。

由图可见，在任一固定时刻，场强随距离z同样按正弦规律变化，且随着时间的推移，函数的各点沿+z方向向前移动，因此称之为行波四、实验步骤(1) 预习平面电磁波原理(2) 根据系统方框图，画出仿真流程图。

(3) 编写MATLAB程序并上机调试。

(4) 观察平面电磁波与空间距离关系波形图。

(5) 撰写实验报告。

程序代码如下>> z1=1;>> z2=2;>> z3=3;>> z4=4;>> t=linspace(0,50,50);>> k=1;>> w=10000;>> E0=5;>> EX1=E0*cos(w.*t-k.*z1);>> EX2=E0*cos(w.*t-k.*z2);>> EX3=E0*cos(w.*t-k.*z3);>> EX4=E0*cos(w.*t-k.*z4);>> plot(t,EX1,t,EX2,t,EX3,t,EX4) >>仿真波形如图：实验分析：。

电磁仿真实践报告一

当终端匹配时波传至终端被吸收,当终端短路时, 波传至终端反射回来且Ex反向。
十一、总结及心得体会：（作文1篇，1000字以上）
通过此次实验,以及对电磁仿真的学习才体会到自己对电磁场与波以及微波技术基础学习上的不足。以前学习电磁场与波以及微波技术基础时只是理论上的理解，最终的目的只是通过考试、学会做题，然而对其实际的应用却并不十分了解，也不懂得如何在实际中去设计微波器件。总之学过之后却无法真正用于实际。而通过此次实验，才真正学会了如何将学到的知识用于实际，解决问题。
YLabel('Ver (V)','FontSize',15,'FontWeight','b');
axis([0 4.5e-8 -0.2 0.2]
附件2：二维FDTD终端匹配仿真源代码
ar
clc
c=3e8;% ×ÔÓÉ¿Õ¼ä¹âËÙ
mu0=4*pi*1e-7;% ×ÔÓÉ¿Õ¼ä´Åµ¼ÂÊ
Maxwell方程FDTD的差分格式:
图8-1 Yee模型
麦克斯韦第一、二方程（7）
式中，是电流密度，反映电损耗，是磁流密度，单位，反映磁损耗。主要与上式对应。各向同性介质中的本构关系：
（8）
是磁阻率，计算磁损耗的。
以为变量，在直角坐标中，展开麦克斯韦第一、二方程，分别为
（9）
（10）
令代表在直角坐标中的任何一个分量，离散符号取为
六、实验内容：
1.均匀平板传输线传输特性仿真
2.带挡板的平板传输线传输特性仿真
七、实验器材（设备、元器件）：电子计算机
八、实验步骤：
1．电磁仿真的时域有限差分法。
数值差分原理:
时空离散及连续取函数样

电磁场与微波仿真实验教程

电磁场与微波仿真实验教程
电磁场仿真实验是电磁场理论课程中非常重要的一环，通过仿真实验可以加深学生对于电磁场及其应用的理解，并且从实际中提高了学生的动手实践能力。

本文将向大家介绍电磁场与微波仿真实验教程。

1. 实验目的
通过对电磁场仿真实验的学习，达到以下目的：
1）熟练掌握电场、磁场的分布特性；
2）掌握典型的电磁场问题的求解方法；
3）掌握微波传输理论及其在工程中的应用；
4）掌握电磁场仿真软件的使用方法。

2. 实验内容
本实验涉及到的内容主要有：
2）电容器、电感器、共振器、传输线等典型电磁场问题的求解；
3. 实验设备
本实验主要使用Ansys电磁场仿真软件。

4. 实验步骤
1）学生需要独立完成仿真实验和报告撰写工作；
2）学生需要根据课件资料学习仿真软件的基本操作，包括建立仿真模型，设定仿真参数，运行仿真程序等；
3）学生需要选择一个电磁场仿真实验题目进行仿真实验，理解仿真实验过程，并且掌握解决典型电磁场问题的方法；
4）学生需要根据学习成果，撰写实验报告，包括实验目的、实验原理、仿真结果分析等。

5. 实验注意事项
2）学生需要注意安全事项，遵守实验室规章制度；
3）学生需要独立思考和创新，加深对电磁场理论和应用的理解和掌握。

6. 实验总结
通过电磁场仿真实验的学习，使学生加深了对电磁场理论与应用的理解和掌握，并且掌握了电磁场仿真软件的使用方法。

学生通过自主选择模型，独立完成仿真实验和报告撰写工作，培养了学生的实践能力和创新思维。