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

2、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1O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)、一(减)、*(乘)、/(右除)、(左除)、八(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)

3、.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.*、/、和八。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= 6范围内的sin(2x)、sinx 2、sin 2x。程序：x=linspace(0,6)y1=si n(2*x),y2=si n(x42),y3=(si n(x)42;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. pl

4、ot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)con tour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-2 n x2n 上绘制函数f(x)的图形； 对于隐式函数f=f(x,y),在默认的平面区域-2 n x2n , -2 n y2n 上绘制函 数f(x,y)的图形。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p

5、lotyy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，贝U 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，贝U 以x,y,z对应列元素绘制三维曲线，曲线条数

6、等于矩阵列数。5.lege nd命令：为绘制的图形加上图例调用格式：lege nd(stri ng1,stri ng2,.)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matlab7.0快捷方式图标，如图1.1所示，启动该软件。MA

7、TLAE 7, 图1.1 matlab7.0快捷方式图标(2)在打开的界面右方，是命令窗口( Comma nd Win dows),如图1.2所示，在闪动光标处可以写入命令;图1.2 Matlab的命令窗口(3)在光标处写入如图1.3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1.4所示图1.3在命令窗口输入命令图1.4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1.5所示。图1.5 plot

8、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1.6中红色圆圈所示，即创建了一个新的 M文件，如 图1.7所示。图1.6红色圆圈的图标用于创建新的M文件图1.7创建的空白M文件(2)在空白M文件中输入“二、实验原理”例子的程序，保存，运行，得到运行结果如图1.8所示。要求：在 E盘建立新文件夹，命名为 Fiele_Wave_simulation_2012_10_27将 M 文件保存在 Fiele_Wave_simulation_2012_10_27目录下，命名为 Exp_1.m；特别说明两点：a. M文件名及保存的路径名均应为英文，否则运行出错；b

9、.程序中的所有字符均应为英文状态下输入，特别注意单引号，逗号，空格,这些细节会导致运行报错，又极难发现。1 EditorVkm.MiiuljLliiOB 2心】2_0-27YEap_lL *FiL* g Ecr .1 y=ftlot C - in h It 2*pi 1 ; *计 SfO 2*pi 1 siniftlSSi2 - xl yll = rp)ot ti-deltadelta=d;endV(j,k)=V new(j,k);endendif delta 100)break;enddelta=0.;end代入mF 22绘图程序：k=1:m;j=1:m;DX,DY = gradie nt(

10、V,.4,.4); hold onquiver(k,j,DX,DY,2)hold offk=1:m;j=1:m;DX,DY=gradie nt(V,.4,.4)A=(DX.A2+DY.A2).A0.5; DA,DB=gradie nt(A,.4,.4); hold onquiver(k,j,DA,DB,2)hold off3.程序参考运行结果电场图和电力线图分别如图5.2、图5.3所示图5.2电场线的图像图5.3电力线的图像三、实验内容有限差分法绘制带电长圆柱体的电位和电力线图像。四、实验步骤1. 在 E盘建立新文件夹，命名为 Fiele_Wave_simulation_2012_10_272. 打开Matlab软件，新建一个空白的M文件，保存在Fiele_Wave_simulati