王艷

摘要：把MATLAB軟件應(yīng)用到電磁場(chǎng)與波課程平面電磁波章節(jié)中，可以方便地獲得平面波的波形圖，也可以吧抽象的電磁場(chǎng)與電磁波通過圖形可視化，并動(dòng)態(tài)模擬電磁波的傳播和輻射特性，理論與實(shí)踐有效結(jié)合，這有助于學(xué)生獲得符號(hào)表達(dá)式中無法直接得到的訊息，加深對(duì)平面波特性的理解，取得了較好的效果。

關(guān)鍵詞：平面電磁波；Matlab；可視化

中圖分類號(hào)：TM15 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2017）03-0116-02

MATLAB軟件是美國MathWorks公司開發(fā)的數(shù)學(xué)軟件，用于算法開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化、數(shù)據(jù)分析以及數(shù)值計(jì)算的高級(jí)技術(shù)計(jì)算語言和交互式環(huán)境。該軟件可以實(shí)現(xiàn)高效的數(shù)值計(jì)算，符號(hào)計(jì)算功能和繪圖功能，從而使人們擺脫繁雜的數(shù)學(xué)運(yùn)算分析，并且可以方便繪出函數(shù)圖形。使用者能夠從直觀的圖形中獲得符號(hào)表達(dá)式無法展現(xiàn)的信息，把握函數(shù)的基本特性。這也是MATLAB軟件在高等院校的許多課程中得以廣泛應(yīng)用的原因。

平面電磁波是現(xiàn)實(shí)生活中電磁波最簡單的理想的一種形式，也是我們理解電磁場(chǎng)與波課程中電磁波這部分內(nèi)容的基礎(chǔ)。我們發(fā)現(xiàn)，雖然平面電磁波看似很簡單，但是學(xué)生有時(shí)理解不深刻，無法掌握和靈活運(yùn)用該部分知識(shí)，以致明顯影響后面的內(nèi)容，如平面電磁波的反射折射、電磁波的輻射散射等內(nèi)容。MATLAB軟件應(yīng)用我們可以很方便簡潔的獲得平面電磁波的二維或三維圖，而且可以從多角度分析觀察，使學(xué)生獲得直觀信息，并與符號(hào)表達(dá)式相關(guān)物理量相結(jié)合，加深對(duì)該部分內(nèi)容的理解。下面以平面電磁波的相關(guān)知識(shí)為基礎(chǔ)，簡單介紹如何應(yīng)用MATLAB軟件，主要針對(duì)平面電磁波的傳播特性這一部分內(nèi)容。

1 利用MATLAB軟件實(shí)現(xiàn)平面電磁波可視化

均勻平面波是電磁波的一種理想情況，其分析方法簡單，但又表征了電磁波的重要特性。為了簡單起見，選擇坐標(biāo)通常以電場(chǎng)沿x軸方向，即其對(duì)應(yīng)的的瞬時(shí)值為。通過此表達(dá)式來介紹正向行波和反向行波及其傳播參數(shù)。通過Matlab軟件，我們可以給出時(shí)間相位分別為0和時(shí)的二維波形圖和三維圖。如圖1、2所示。通過二維圖和三維圖我們可以看到，波沿z軸傳播，z為某個(gè)值時(shí)，波面上各點(diǎn)的場(chǎng)強(qiáng)相等。當(dāng)然我們利用MATLAB軟件，可以獲得為其它任意值（0到2）時(shí)，電場(chǎng)與空間位置z的關(guān)系。

電場(chǎng)和磁場(chǎng)之間滿足麥克斯韋方程組，均勻平面波在傳遞過程中同樣適用。為了直觀的了解電場(chǎng)和磁場(chǎng)在空間中的分布。通過Matlab軟件，可以繪制出均勻平面波在空間傳播的動(dòng)態(tài)圖。本文以為例，繪制了均勻平面波的三維動(dòng)態(tài)圖?，F(xiàn)給出了t=0s和t=36s的波形圖，可以看出電場(chǎng)和磁場(chǎng)是相互垂直的，隨著時(shí)間的流逝，電場(chǎng)和磁場(chǎng)也是變化的。演示均勻平面波的三維動(dòng)態(tài)圖，有助于學(xué)生理解波的傳播方向與電場(chǎng)和磁場(chǎng)的關(guān)系，加深其感性認(rèn)識(shí)。如圖3所示。

2 結(jié)語

本文通過均勻平面波的具體事例，討論了Matlab軟件在電磁場(chǎng)與波可視化應(yīng)用。由此可以說明，利用Matlab軟件能夠獲得電磁場(chǎng)與波中相關(guān)知識(shí)點(diǎn)的直觀圖。這有助于同學(xué)們的理解和學(xué)習(xí)，為電磁場(chǎng)與波這門課程的可視化提供了有效工具。

參考文獻(xiàn)

[1]宗衛(wèi)華，曲曉云，王英，于海生.Matlab在電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗(yàn)教學(xué)中的應(yīng)用[J].實(shí)驗(yàn)科學(xué)與技術(shù)，2010，29（1）：53-55.

[2]包宋建，許艷英，陳帥華，湯勇. MATLAB語言在數(shù)字圖像處理中的應(yīng)用[J].工業(yè)控制計(jì)算機(jī)，2011，24（6）：38-39.