基于MATLAB的電磁波極化波仿真教學(xué)

肖漢光　趙明富　鐘年丙　湯斌　宋濤　羅彬彬

摘要：本文針對“電磁場與電磁波”課程教學(xué)難點(diǎn)，以電磁波極化特性為例，提出利用MATLAB實(shí)現(xiàn)線極化、圓極化和橢圓極化等現(xiàn)象的仿真，同時(shí)對左旋和右旋圓極化波進(jìn)行了仿真和模擬，得到空間各點(diǎn)電場矢量隨時(shí)間的變化規(guī)律。通過形象直觀的動畫，幫助學(xué)生理解深奧的理論知識，有效輔助理論教學(xué)。

關(guān)鍵詞：電磁場；電磁波；教學(xué)改革；仿真教學(xué)

中圖分類號：G642.0 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號：1674-9324（2016）15-0167-02

“電磁場與電磁波”課程是電子信息科學(xué)與技術(shù)專業(yè)和通信工程專業(yè)本科生必修的一門重要的專業(yè)核心基礎(chǔ)課。該門課程的理論性很強(qiáng)，概念抽象，特別是電磁波部分的對學(xué)生的數(shù)學(xué)知識及其應(yīng)用能力要求很高，所以“教”與“學(xué)”的難度很大，借助軟件編程是行之有效的方法。

MATLAB科學(xué)計(jì)算軟件因其編程高效、可視化好、交互性強(qiáng)、仿真逼真等優(yōu)點(diǎn)，在大學(xué)教育和科學(xué)研究中的應(yīng)用也日益廣泛。我們在“電磁場與電磁波”課程建設(shè)中，在教學(xué)方法和手段上借助MATLAB軟件進(jìn)行了一些的改革與建設(shè)，取得了良好的效果。本文通過電磁波極化特性的實(shí)例介紹了MATLAB在電磁場與電磁波教學(xué)中的應(yīng)用。

一、電磁波的極化特性

電場強(qiáng)度方向隨時(shí)間變化的規(guī)律稱為電磁波的極化特性。平面電磁波極化分為線極化、圓極化和橢圓極化。兩個(gè)相互正交的、頻率相同、振幅不同、相位相同的線極化平面波，可以合成線極化平面波。

三、仿真結(jié)果

運(yùn)行以上代碼，可以得到在不同時(shí)間點(diǎn)上，電場矢量的端點(diǎn)合成運(yùn)動軌跡，線極化、圓極化和橢圓極化分別如圖1、圖2和圖3所示。圖4為傳播方向?yàn)閤軸的左旋圓極化波，表示空間各點(diǎn)電場在不同時(shí)刻時(shí)的運(yùn)動軌跡。

四、結(jié)論

通過以上電磁波極化特性實(shí)例的仿真，展示了MALTAB科學(xué)計(jì)算軟件在電磁場與電磁波課程仿真教學(xué)中的應(yīng)用，仿真效果表明MATLAB可以展現(xiàn)數(shù)學(xué)公式的物理圖像，對復(fù)雜物理過程進(jìn)行生動的仿真，并以圖形和動畫方式呈現(xiàn)，使物理過程變得直觀、形象、更容易理解，也激發(fā)了學(xué)生的學(xué)習(xí)興趣，提高課堂教學(xué)質(zhì)量，取得了良好的教學(xué)效果。值得推廣。

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