矩形波导场结构的仿真

矩形波导场结构的仿真
一、实验目的：
1.加深学生对矩形波导中电磁场分布的理解；
2.加深学生对矩形波导工作模式与相关参数的理解；
3.提高学生的软件仿真能力。

二、实验原理
设金属波导的尺寸为a ×b ，传输TE mn 波时电磁场分量为：
在截止波长 时，相关参数分别为
工作波长
波相位
三、实验内容及步骤
通过MATLAB 计算并绘制出任意时刻金属矩形波导内TEmn 模的电磁场分布图： 1.根据给定波导尺寸和工作频率计算出相关参数；
2.根据一定的绘图精度确定电磁场的坐标点，并计算电场、磁场分量；
3.分别绘制出电场和磁场场分量的分布图，将电场分布图叠加于磁场分布图上。

四、实验要求
波导尺寸、工作频率，工作模式及精度由输入确定。

五、实验报告
• 1.按照要求完成相关仿真，给出流程图和程序； • 2.对主要语句做中文注释； • 3.给出仿真的场分布图。

程序清单如下：
clear;
a=input('尺寸宽边'); %矩形波导尺寸a b=input('尺寸窄边'); %矩形波导尺寸b m=input('m'); %TEMmn 模工作模式设定 n=input('n');
)cos()cos()cos()
sin()sin()cos()()sin()cos()sin()(0
)sin()cos()sin()()
sin()sin()cos()(2222z t b
y
n a x m H H z t b y n a x m H b n k H z t b y n a x m H a m k H E z t b
y
n a x m H a m k E z t b y n a x m H b n k E m z m c y m c x z m c y m c x βωππβωπππββωπππββωπππωμβωπππωμ-=--=--==-=--=2
2)()(2b n
a m c +=
λg
c
g λπβλλλ
λ2)(12
=-=
d=input('采样精度'); %采样精度
Hm=input('幅值'); %Hz的幅值，可以为任意值
f=input('工作频率'); %矩形波导的工作频率
t=input('波传播时刻'); % 波传播t时刻的场结构图
lc=2*((m/a)^2+(n/b)^2)^0.5; %TEMmn截止波长
l=3*10^8/f; %波的工作波长
lg=l/((1-(l/lc)^2)^0.5); %波导的波长
c=lg; %传输方向，取波导传播的方向
B=2*pi/lg; %相位常数的计算β=2*pi/λg
w=B/(3*10^8); %角频率的计算
u=4*pi*10^(-7);%内环最内层的电流值
if(l>lc)
return;%若工作波长大于截止波长，波不沿波导传播，则返回;
else
x=0:a/d:a; %x轴方向的常分量，精度为a/d
y=0:b/d:b; %y轴方向的常分量，精度为b/d
z=0:c/d:c; %z轴方向的常分量，其精度为c/d
[x1,y1,z1]=meshgrid(x,y,z); %三维空间图形绘制采样点函数
Hx=-B.*a.*Hm.*sin(m*pi./a.*x1).*cos(n*pi*y1./b).*sin(w*t-B.*z1)./pi;%磁场在x轴上的分布函数Hy=-B.*a.*Hm.*cos(m*pi*x1./a).*sin(n*pi*y1./b).*sin(w*t-B.*z1);%磁场在y轴上的分布函数
Hz=Hm.*cos(m*pi*x1./a).*cos(n*pi*y1./b).*cos(w*t-B*z1);%磁场在z轴上的分布函数
%figure;
quiver3(z1,x1,y1,Hz,Hx,Hy,'b');%绘制三维图以及线的颜色为深蓝色
xlabel('传输方向');
ylabel('波导宽边a');
zlabel('波导窄边b');
hold on;%继续
x2=x1-0.001;%画x2图的与x1的间隔为0.001
y2=y1-0.001;
z2=z1-0.001;
Ex=-w.*u.*a.*Hm.*cos(m*pi./a.*x2).*sin(n*pi./b.*y2).*sin(w*t-B.*z2)./pi;%电场在y轴上的分布函数Ey=w.*u.*a.*Hm.*sin(m*pi./a.*x2).*cos(n*pi./b.*y2).*sin(w*t-B.*z2)./pi;%电场在y轴上的分布函数Ez=zeros(size(z2));%电场在z轴上的函数，产生以0开始的矩阵，Ez=0
%figure;
quiver3(z2,x2,y2,Ez,Ex,Ey,'r');%画三维图形电场的分布图颜色为红色
xlabel('传输方向');
ylabel('波导宽边a');
zlabel('波导窄边b');
hold off;%结束
end
TEM10模矩形波导块结构仿真图：TEM02模矩形波导块结构仿真图：。