电磁波的传播PDF

1、. . 实验二电磁波的传播实验目的：1、掌握时变电磁场电磁波的传播特性； 2、熟悉入射波、反射波和合成波在不同时刻的波形特点；3、理解电磁波的极化概念，熟悉三种极化形式的空间特点。实验原理：平面电磁波的极化是指电磁波传播时，空间某点电场强度矢量e随时间变化的规律。 若 e的末端总在一条直线上周期性变化，称为线极化波；若e末端的轨迹是圆（或椭圆），称为圆（或椭圆）极化波。若圆运动轨迹与波的传播方向符合右手（或左手）螺旋规则时，则称为右旋（或左旋）圆极化波。线极化波、圆极化波和椭圆极化波都可由两个同频率的正交线极化波组合而成。实验步骤：1、电磁波的传播（1） 建立电磁波传播的数学模型（2） 利用m

2、atlab 软件进行仿真（3） 观察并分析仿真图中电磁波随时间的传播规律 2、入射波、反射波和合成波（1）建立入射波、反射波和合成波的数学模型（2）利用 matlab 软件进行仿真（3）观察并分析仿真图中三种波形在不同时刻的特点和关系 3、电磁波的极化（1）建立线极化、圆极化和椭圆极化的数学模型（2）利用 matlab 软件进行仿真（3）观察并分析仿真图中三种极化形式的空间特性实验报告要求：（1）抓仿真程序结果图（2）理论分析与讨论. . 1、电磁波的传播clear allw=6*pi*109; z=0:0.001:0.12; c=3*108; k=w/c; n=5; rand( state,

3、3) for t=0:pi/(w*4):(n*pi/(w*4) d=t/(pi/(w*4); x=cos(w*t-k*z); plot(z,x,color,rand,rand,rand) hold onendtitle(电磁波在不同时刻的波形) 由图形可得出该图形为无耗煤质中传播的均匀电磁波，它具有以下特点：（1）在无耗煤质中电磁波传播的速度仅取决于煤质参数本身，而与其他因素无关。（2）均匀平面电磁波在无耗煤质中以恒定的速度无衰减的传播，在自由空间中其行进速度等于光速。2、入射波、反射波、合成波（1）axis equal; n=0;% 改变 n 值得到不同时刻的电磁波状态z=0:0.01*pi

4、:10*pi; t=n*pi; b=cos(z-t/4); fb=cos(z+t/4); h=b+fb; plot(z,b,r,z,fb,b,z,h,d); legend(入射波 ,反射波 ,合成波 ); axis(0 10 -2.5 2.5); （2）axis equal; n=1/4；; % 改变 n 值得到不同时刻的电磁波状态z=0:0.01*pi:10*pi; t=n*pi; b=cos(z-t/4); fb=cos(z+t/4); h=b+fb; plot(z,b,r,z,fb,b,z,h,d); legend(入射波 ,反射波 ,合成波 ); 012345678910-2.5-2-

5、1.5-1-0.500.511.522.5入射波反射波合成波012345678910-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5入射 波反射 波合成 波00.020.040.060.080.10.12-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81电 磁 波 在不 同时 刻 的 波 形. . axis(0 10 -2.5 2.5); （3）axis equal; n=1/2 时; % 改变 n值得到不同时刻的电磁波状态z=0:0.01*pi:10*pi; t=n*pi; b=cos(z-t/4); fb=cos(z+t/4); h=b+fb; plot(z,b,r,

6、z,fb,b,z,h,d; legend(入射波 ,反射波 ,合成波 ); axis(0 10 -2.5 2.5); （4）axis equal; n=3/4; % 改变 n 值得到不同时刻的电磁波状态z=0:0.01*pi:10*pi; t=n*pi; b=cos(z-t/4); fb=cos(z+t/4); h=b+fb; plot(z,b,r,z,fb,b,z,h,d); legend(入射波 ,反射波 ,合成波 ); axis(0 10 -2.5 2.5); （5）axis equal; n=1;% 改变 n 值得到不同时刻的电磁波状态z=0:0.01*pi:10*pi; t=n*pi

7、; b=cos(z-t/4); fb=cos(z+t/4); h=b+fb; plot(z,b,r,z,fb,b,z,h,d); legend(入射波 ,反射波 ,合成波 ); axis(0 10 -2.5 2.5); （6）axis equal; n=5/4; % 改变 n 值得到不同时刻的电磁波状态z=0:0.01*pi:10*pi; t=n*pi; b=cos(z-t/4); fb=cos(z+t/4); 012345678910-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5入射 波反射 波合成 波012345678910-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5

8、入射 波反射 波合成 波012345678910-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5入射 波反射 波合成 波012345678910-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5入射 波反射 波合成 波. . h=b+fb; plot(z,b,r,z,fb,b,z,h,d); legend(入射波 ,反射波 ,合成波 ); axis(0 10 -2.5 2.5); （7）axis equal; n=3/2; % 改变 n 值得到不同时刻的电磁波状态z=0:0.01*pi:10*pi; t=n*pi; b=cos(z-t/4); fb=cos(z+t/4); h=b

9、+fb; plot(z,b,r,z,fb,b,z,h,d); legend(入射波 ,反射波 ,合成波 ); axis(0 10 -2.5 2.5); （8）axis equal; n=7/4; % 改变 n 值得到不同时刻的电磁波状态z=0:0.01*pi:10*pi; t=n*pi; b=cos(z-t/4); fb=cos(z+t/4); h=b+fb; plot(z,b,r,z,fb,b,z,h,d); legend(入射波 ,反射波 ,合成波 ); axis(0 10 -2.5 2.5); （9）axis equal; n=2;% 改变 n 值得到不同时刻的电磁波状态z=0:0.01

10、*pi:10*pi; t=n*pi; b=cos(z-t/4); fb=cos(z+t/4); h=b+fb; plot(z,b,r,z,fb,b,z,h,d); legend(入射波 ,反射波 ,合成波 ); axis(0 10 -2.5 2.5); 分析：有以上几幅图形的连续变化可以得出，当 n=0时，反射波和入射波重合， 合成波的振幅最大，随着 n 值的不断增大， 入射波和反射波的相位差开始慢慢的改变，直到n=2 时，入射波和反射波的相位差相差pi ，此时的合成波为一条直线，如上图所示。012345678910-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5入射波反射波合成波01

11、2345678910-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5入射波反射波合成波012345678910-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5入射波反射波合成波. . 3、电磁波的极化（1）线极化w=6*pi; theta=pi/3; emx=1;emy=2; t=0:0.005:1; ex=emx*cos(w*t+theta); ey=emy*cos(w*t+theta); plot(ex,ey) grid on 根据图像可知：合成电场强度的方向与横轴所形成的夹角不随时间而改变，所以场强矢量端的轨迹为一条直线，因而成为线极化波。（2）圆极化w=6*pi; t=

12、0:0.005:1; x=cos(w*t); y=sin(w*t); plot3(x,y,t,-) w=6*pi; t=0:0.005:1; x=cos(w*t); y=sin(w*t); plot3(x,y,t,-) % clear all clc w=4*pi; theta1=-pi/3; theta2=pi/2; n=0; for t=0:0.005:2.5; ex=3*cos(w*t+theta1); ey=6*cos(w*t+theta2); plot3(ex,ey,t,.) hold on n=n+1; m(:,n)=getframe(gcf) end title(圆极化动态变化曲

13、线 ) 合成电场的大小不变， 但方向随时间变化。 合成电场矢量的末端在一圆上以角速度旋转，这就是圆极化波，如上图所示。-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81-2-1.5-1-0.500.511.52-1-0.500.51-1-0.500.5100.20.40.60.81-4-2024-10-5051000.511.522.5圆极化动态变化曲线. . （3）椭圆极化clear all clc w=4*pi; theta1=-pi/3; theta2=pi/2; n=0; for t=0:0.005:0.5; ex=3*cos(w*t+theta1); ey=6*cos(

14、w*t+theta2); plot(ex,ey,) hold on n=n+1; m(:,n)=getframe(gcf) end title(椭圆极化动态变化曲线 ) 若沿 z 轴传播的电磁波电场e的两个正交分量ex和 ey的振幅和相位关系为一般情况时， 合成场 e的矢量轨迹将为一个椭圆， 如上图所示， 这样的电磁波称为椭圆极化波。-3-2-10123-6-4-20246椭 圆 极化 动 态变 化曲 线. . 实验一的补充 例2 (1) 2个等量同号点电荷组成的点电荷系的电势分布图221014niiiiqvxxyy为了方便求解，令014iq则：2211niiivxxyyclear v=1./

15、(x-3).2+y.2).0.5+1./(x-3).2+y.2).0.5; %读入电势计算方程xmax=10; %x轴的坐标最大值ymax=10; %y轴的坐标最大值ngrid=30; xplot=linspace(-xmax,xmax,ngrid); %绘图区域、网格线设定x,y=meshgrid(xplot); %生成二维网格vplot=eval(v); %执行输入的电势计算方程explot,eyplot=gradient(-vplot); %计算电场强度clf; subplot(1,2,1),meshc(vplot); %画含等势线的三维曲面xlabel(x); ylabel(y); zlabel(电位); subplot(1,2,2),axis(-xm