2016年《电磁场与电磁波》仿真实验 (1)

《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 (1)

2

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。

2. plot函数：用来绘制线形图形

plot(y),当y是实向量时，以该向量元素的下标为横坐标，元素值为纵坐标画出一条连续曲线，这实际上是绘制折线图。

plot(x,y),其中x和y为长度相同的向量，分别用于存储x坐标和y坐标数据。

plot(x,y,s)

contour函数：用来绘制等高线图形

ezplot函数:对于显式函数f=f(x),在默认范围[-2π

对于隐式函数f=f(x,y)，在默认的平面区域[-2π

3．具有两个纵坐标标度的图形

在MATLAB中，如果需要绘制出具有不同纵坐标标度的两个图形，可以使用plotyy绘图函数。调用格式为：

plotyy(x1,y1,x2,y2)

其中x1,y1对应一条曲线，x2,y2对应另一条曲线。横坐标的标度相同，纵坐标有两个，左纵坐标用于x1,y1数据对，右纵坐标用于x2,y2数据对。

4．三维曲线

plot3函数与plot函数用法十分相似，其调用格式为：

plot3(x1,y1,z1,选项1,x2,y2,z2,选项2,…,xn,yn,zn,选项n)其中每一组x,y,z组成一组曲线的坐标参数，选项的定义和plot函数相同。当x,y,z是同维向量时，则x,y,z 对应元素构成一条三维曲线。当x,y,z是同维矩阵时，则以x,y,z对应列元素绘制三维曲线，曲线条数等于矩阵列数。

命令：为绘制的图形加上图例

调用格式：legend('string1','string2',...)

例如：legend('电信161班','学号：05401111','张三','Location','best');

6.xlabel命令：给X轴加标题

调用格式：xlabel('string')

例如：xlabel('x');

三、实验内容

1. 在命令窗口中运行一个加法程序；

2. 在命令窗口中练习帮助命令（doc命令）的使用。

3. 建立第一个M文件，并运行，观察并保存运行结果。

四、实验步骤

1.在命令窗口中运行一个加法程序

（1）点击桌面上快捷方式图标，如图所示，启动该软件。

图快捷方式图标

（2）在打开的界面右方，是命令窗口（Command Windows），如图所示，在闪动光标处可以写入命令；

图 Matlab的命令窗口

（3）在光标处写入如图所示的命令（注意：前两个语句后面有分号，最后一个语句没有分号）；按回车键，则得到运行结果为50，如图所示。

图在命令窗口输入命令

图按回车键执行命令得到正确运行结果

2. 在命令窗口中练习帮助命令（doc命令）的使用。

在命令窗口光标处输入命令：doc plot；回车，则进入在线帮助文件，显示plot命令的使用方法页面，如图所示。

图 plot命令的在线帮助页面

3.建立第一个M文件，并运行，观察并保存运行结果。

（1）点击图标，如图中红色圆圈所示，即创建了一个新的M文件，如图所示。

图红色圆圈的图标用于创建新的M文件