科技创新导报 NO.16Science and Technology Innovation Herald 创新教育 科技创新导报 Science and Technology Innovation Herald244 DOI：10.16660/ki.1674-098X..16.244 Matlab GUI在电磁波极化特性教学中的应用① 余建立 (安徽省巢湖学院机械与电子工程学院 安徽巢湖 238000) 摘 要：根据电磁场与电磁波课程的特点，采用Matlab GUI技术实现了电磁波极化特性的仿真，利用数值计算将复杂的公式转化为图形展示。模拟仿真了线极化波、圆极化波和椭圆极化波的电磁强度矢量端点随时间变化的空间分布，通过形象直观的动画，有效帮助学生建立与平面电磁波极化特性相关的物理图像。 关键词：电磁场与电磁波 Matlab 电磁波极化 中图分类号：G642.0 文献标识码：A 文章编号：1674-098X()06(a)-0244-03 ①基金项目：巢湖学院质量工程资助项目(项目编号:ch16kcjgxm14)。 作者简介：余建立(1976—)，男，汉族，安徽黄山人，硕士，副教授，研究方向：电磁场与电磁波的教学以及光子晶体理 论研究。 《电磁场与电磁波》是电子信息工程专业本科生必修的一门重要的基础课，其电磁波的极化是电磁理论中的一个重要内容，极化波在无线电的发射[1]、雷达目标识别[2]和卫星通信[3]等方面都有重要的应用。然在《电磁场与电磁波》课程的教学中，仅仅用公式的推导和概念的描述难以直接给出直观的物理图像，对初学者的学习和理解存在较大的困难，本文利用Matlab图形用户界面(Graphical user interface，GUI)对电磁波的极化特性的进行了仿真，通过形象直观的动画，展示电磁波的极化特性的物理图像，并将仿真结果用于课堂教学，利用多媒体技术在教学方法和手段上进行一些改革，取得了良好的教学效果。 1 电磁波的极化特性 空间给定点上电场强度矢量的方向随时间变化的特性称为电磁波的极化，并依据电场强度矢量的端点随时间变化轨迹的不同，将平面电磁波分为线极化波、圆极化波和椭圆极化波。在直角坐标系下，假设沿方向传播的电磁波的电场强度矢量的分量和分量分别为: 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的平面内，电场强度矢量的端点 轨迹方程[4]为: 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) 一般情况下，该方程为椭圆方程，对应为椭圆极化波，当 0 I ' 或±π时，方程退化为直线方程，此时为线极化 波；当 /2 IS ' r 且 mmxy EE 时，方程为圆方程，此时为 圆极化波，可见线极化波和圆极化波仅是椭圆极化波的特例，因此，利用Matlab对线极化波、圆极化波和椭圆极化波进行仿真时，只需要编写相同的程序，仅需改变电场强度的振幅和相位便可得到不同极化波的仿真结果。 2 GUI设计和仿真程序设计 为了便于用户分析和观察仿真的结果，利用Matlab GUI开发环境直接创建一个图形用户界面，选择需要的控件，合理布局各个控件的位置，如图1所示，该界面包含了2 个坐标轴(Axis)、4个静态文本框(Static text)、4个文本框(Edit text)和2个按钮(Push butto
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