科技創新導報 2018 NO.16Science and Technology Innovation Herald 創新教育 科技創新導報 Science and Technology Innovation Herald244 DOI：10.16660/j.cnki.1674-098X.2018.16.244 Matlab GUI在電磁波極化特性教學中的應用① 余建立 (安徽省巢湖學院機械與電子工程學院 安徽巢湖 238000) 摘 要：根據電磁場與電磁波課程的特點，采用Matlab GUI技術實現了電磁波極化特性的仿真，利用數值計算將復雜的公式轉化為圖形展示。模擬仿真了線極化波、圓極化波和橢圓極化波的電磁強度矢量端點隨時間變化的空間分布，通過形象直觀的動畫，有效幫助學生建立與平面電磁波極化特性相關的物理圖像。 關鍵詞：電磁場與電磁波 Matlab 電磁波極化 中圖分類號：G642.0 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X(2018)06(a)-0244-03 ①基金項目：巢湖學院質量工程資助項目(項目編號:ch16kcjgxm14)。 作者簡介：余建立(1976—)，男，漢族，安徽黃山人，碩士，副教授，研究方向：電磁場與電磁波的教學以及光子晶體理 論研究。 《電磁場與電磁波》是電子信息工程專業本科生必修的一門重要的基礎課，其電磁波的極化是電磁理論中的一個重要內容，極化波在無線電的發射[1]、雷達目標識別[2]和衛星通信[3]等方面都有重要的應用。然在《電磁場與電磁波》課程的教學中，僅僅用公式的推導和概念的描述難以直接給出直觀的物理圖像，對初學者的學習和理解存在較大的困難，本文利用Matlab圖形用戶界面(Graphical user interface，GUI)對電磁波的極化特性的進行了仿真，通過形象直觀的動畫，展示電磁波的極化特性的物理圖像，并將仿真結果用于課堂教學，利用多媒體技術在教學方法和手段上進行一些改革，取得了良好的教學效果。 1 電磁波的極化特性 空間給定點上電場強度矢量的方向隨時間變化的特性稱為電磁波的極化，并依據電場強度矢量的端點隨時間變化軌跡的不同，將平面電磁波分為線極化波、圓極化波和橢圓極化波。在直角坐標系下，假設沿方向傳播的電磁波的電場強度矢量的分量和分量分別為: m ( ) cos( ) x x x E t E t kz ZI (1) m ( ) cos( ) y y y E t E t kz ZI (2) 若令 yx III ' ,在 z =0的平面內，電場強度矢量的端點 軌跡方程[4]為: 22 2 22 m m m m 2 cos siny x yx x y x y E E EE E E E E II ' ' (3) 一般情況下，該方程為橢圓方程，對應為橢圓極化波，當 0 I ' 或±π時，方程退化為直線方程，此時為線極化 波；當 /2 IS ' r 且 mmxy EE 時，方程為圓方程，此時為 圓極化波，可見線極化波和圓極化波僅是橢圓極化波的特例，因此，利用Matlab對線極化波、圓極化波和橢圓極化波進行仿真時，只需要編寫相同的程序，僅需改變電場強度的振幅和相位便可得到不同極化波的仿真結果。 2 GUI設計和仿真程序設計 為了便于用戶分析和觀察仿真的結果，利用Matlab GUI開發環境直接創建一個圖形用戶界面，選擇需要的控件，合理布局各個控件的位置，如圖1所示，該界面包含了2 個坐標軸(Axis)、4個靜態文本框(Static text)、4個文本框(Edit text)和2個按鈕(Push butto

總結

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