電磁波的傳播

1、實(shí)驗(yàn)二電磁波的傳播實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、掌握時(shí)變電磁場電磁波的傳播特性；2、熟悉入射波、反射波和合成波在不同時(shí)刻的波形特點(diǎn)；3、理解電磁波的極化概念，熟悉三種極化形式的空間特點(diǎn)。實(shí)驗(yàn)原理:平面電磁波的極化是指電磁波傳播時(shí)，空間某點(diǎn)電場強(qiáng)度矢量E隨時(shí)間變 化的規(guī)律。若E的末端總在一條直線上周期性變化， 稱為線極化波； 若E末端的 軌跡是圓（或橢圓），稱為圓（或橢 圓）極化波。若圓運(yùn)動軌跡與波的傳播方向 符合右手（或左手）螺旋規(guī)則時(shí)，則稱為右旋（或左旋）圓極化波。線極化波、 圓極化波和橢圓極化波都可由兩個(gè)同頻率的正交線極化波組合而成。實(shí)驗(yàn)步驟:1、電磁波的傳播（1）建立電磁波傳播的數(shù)學(xué)模型（2）利用mat

2、lab軟件進(jìn)行仿真（3）觀察并分析仿真圖中電磁波隨時(shí)間的傳播規(guī)律 、入射波、反射波和合成波（1）建立入射波、反射波和合成波的數(shù)學(xué)模型（2）利用matlab軟件進(jìn)行仿真（3）觀察并分析仿真圖中三種波形在不同時(shí)刻的特點(diǎn)和關(guān)系 、電磁波的極化（1）建立線極化、圓極化和橢圓極化的數(shù)學(xué)模型（2）利用matlab軟件進(jìn)行仿真（3）觀察并分析仿真圖中三種極化形式的空間特性實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求:（1）抓仿真程序結(jié)果圖（2）理論分析與討論-1電磁波在不同時(shí)刻的波形0.20-0.2-0.4-0.6-0.80.60.410.800.020.040.060.080.10.121、電磁波的傳播clear allw=6* pi*

3、10A9;z=0:0.001:0.12;c=3*108;k=w/c;n=5;rand( state,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,ra nd,ra nd,ra nd)hold on endtitle(電磁波在不同時(shí)刻的波形由圖形可得出該圖形為無耗煤質(zhì)中傳播的均勻電磁波，它具有以下特點(diǎn)：(1) 在無耗煤質(zhì)中電磁波傳播的速度僅取決于煤質(zhì)參數(shù)本身，而與其他因素?zé)o 關(guān)。(2) 均勻平面電磁波在無耗煤質(zhì)中以恒定的速度無衰減的傳播，在自由空間中 其行進(jìn)速度等于光速。2、入射波、反射波、

4、合成波(1)axis equal;n=0;液變n值得到不同時(shí)刻的電磁波狀態(tài)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);(2) axis equal;n=1/4 ； ; %變n值得到不同時(shí)刻的電磁波狀 態(tài)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

5、波,反射波,合成波);axis(O 10 -2.5 2.5);(3) axis equal;n=1/2時(shí)；改變n值得到不同時(shí)刻的電磁波狀 態(tài)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);2.50.5-0.5-1-1.5-2-2.50L入射波反射波合成波12345678910(4)axis equal;n=3/4; %改變n值得到不同時(shí)刻的電磁波狀態(tài)z=0:0.01* pi:10* pi;t=

6、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);2.521.50.50-0.5-1-1.5-2A射波反射波 合成波12345678910(5)axis equal;n=1; %改變n值得到不同時(shí)刻的電磁波狀態(tài)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

7、 -2.5 2.5);(6) axis equal;n=5/4; %改變n值得到不同時(shí)刻的電磁波狀態(tài)z=0:0.01* pi:10* pi;t=n*pi;B=cos(z-t/4);FB=cos(z+t/4);-2.5L0h=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; %改變n值得到不同時(shí)刻的電磁波狀態(tài)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,

8、z,h,d);legend(入射波,反射波,合成波); axis(0 10 -2.5 2.5);2.5入射波反射波-合成波(8) axis equal;n=7/4; %改變n值得到不同時(shí)刻的電磁波狀態(tài)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; %改變n值得到不同時(shí)刻的電磁波狀態(tài)z=0:0.01* pi:10* pi;t=n*pi;B=cos(z-t

9、/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：有以上幾幅圖形的連續(xù)變化可以得出， 當(dāng)n=0時(shí)，反射波和入射波重合，合成波的振 幅最大，隨著n值的不斷增大，入射波和反射 波的相位差開始慢慢的改變，直到 n=2時(shí)，入射波和反射波的相位差相差pi，此時(shí)的合成波為一條直線，如上圖所示。1.5.0.5.01-0.5.-1-2.0123456789103、電磁波的極化(1) 線極化w=6* pi;theta=p i/3;Emx=1;Emy=2;t=0:0.005:

10、1;Ex=Emx*cos(w*t+theta);Ey=Emy*cos(w*t+theta);plot(Ex,Ey)grid onz/zy/z z/10.50-0.5-1-1.5-2-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81根據(jù)圖像可知：合成電場強(qiáng)度的方向與橫軸所形成的夾角不隨時(shí)間而改變, 所以場強(qiáng)矢量端的軌跡為一條直線，因而成為線極化波。(2) 圓極化w=6* pi;t=0:0.005:1;x=cos(w*t);y=si n( w*t);p lot3(x,y,t,-)w=6* pi;t=0:0.005:1;x=cos(w*t);y=si n( w*t);plot3(x,y,t

11、,-)10.80.60.40.20 .1 0.5J廠i 比=二ccV- 10，_ u 十0.5-0.5-00-1 -1%clear allcicw=4* pi;theta仁-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 onn=n+1;m(:, n)=getframe(gcf)endtitleC圓極化動態(tài)變化曲線)合成電場的大小不變，但方向隨時(shí)間變化。速度旋轉(zhuǎn)，這就是圓極化波，如上圖所示。2.5.1.5.0.5、0.10圓極化動態(tài)變化曲線

12、-5，:-10 -4-H-R-2合成電場矢量的末端在一圓上以角橢圓極化動態(tài)變化曲線廣心_-2-1012 丫弋Ex和Ey的振幅和相位關(guān)系為一如上圖所示，這樣的電磁波稱為(3) 橢圓極化clear allcicw=4* pi; theta仁-pi/3; theta2=pi/2; n=0;for t=0:0.005:0.5;-2Ex=3*cos(w*t+theta1);-4Ey=6*cos(w*t+theta2);-6-3plot(Ex,Ey,)hold on n=n+1; m(:, n)=getframe(gcf) endtitleC橢圓極化動態(tài)變化曲線)若沿z軸傳播的電磁波電場E的兩個(gè)正交分量

13、般情況時(shí)，合成場E的矢量軌跡將為一個(gè)橢圓， 橢圓極化波。實(shí)驗(yàn)一的補(bǔ)充例2 (1) 2個(gè)等量同號點(diǎn)電荷組成的點(diǎn)電荷系的電勢分布圖V -1qii 1 4qi為了方便求解，令則： clear v=1./(x-3)A2+yA2)A0.5+1./(x-3)A2+yA2)A0.5; % 程xmax=10; ymax=10; ngnd=30;讀入電勢計(jì)算方%x%y軸的坐標(biāo)最大值 軸的坐標(biāo)最大值xpl ot=li nsp ace(-xmax,xmax ,n grid); x,y=meshgrid(x plot);%vpl ot=eval(v);%expl ot,e ypl ot=gradie nt(- vpl ot); clf;sub plot(1,2,1),meshc(v plot);xlabel(x); ylabel(y); zlabelC電位);sub pl ot(1,2,2),axis(-xmax xmax-ymax ymax)cs=c on tour(x,y ,vpl ot);%畫等勢線clabel(cs);hold on;%編號quiver(x,y,ex plot,