基于MATLAB的电磁波极化波仿真教学

肖汉光　赵明富　钟年丙　汤斌　宋涛　罗彬彬

摘要：本文针对“电磁场与电磁波”课程教学难点，以电磁波极化特性为例，提出利用MATLAB实现线极化、圆极化和椭圆极化等现象的仿真，同时对左旋和右旋圆极化波进行了仿真和模拟，得到空间各点电场矢量随时间的变化规律。通过形象直观的动画，帮助学生理解深奥的理论知识，有效辅助理论教学。

关键词：电磁场；电磁波；教学改革；仿真教学

中图分类号：G642.0 文献标志码：A 文章编号：1674-9324（2016）15-0167-02

“电磁场与电磁波”课程是电子信息科学与技术专业和通信工程专业本科生必修的一门重要的专业核心基础课。该门课程的理论性很强，概念抽象，特别是电磁波部分的对学生的数学知识及其应用能力要求很高，所以“教”与“学”的难度很大，借助软件编程是行之有效的方法。

MATLAB科学计算软件因其编程高效、可视化好、交互性强、仿真逼真等优点，在大学教育和科学研究中的应用也日益广泛。我们在“电磁场与电磁波”课程建设中，在教学方法和手段上借助MATLAB软件进行了一些的改革与建设，取得了良好的效果。本文通过电磁波极化特性的实例介绍了MATLAB在电磁场与电磁波教学中的应用。

一、电磁波的极化特性

电场强度方向随时间变化的规律称为电磁波的极化特性。平面电磁波极化分为线极化、圆极化和椭圆极化。两个相互正交的、频率相同、振幅不同、相位相同的线极化平面波，可以合成线极化平面波。

三、仿真结果

运行以上代码，可以得到在不同时间点上，电场矢量的端点合成运动轨迹，线极化、圆极化和椭圆极化分别如图1、图2和图3所示。图4为传播方向为x轴的左旋圆极化波，表示空间各点电场在不同时刻时的运动轨迹。

四、结论

通过以上电磁波极化特性实例的仿真，展示了MALTAB科学计算软件在电磁场与电磁波课程仿真教学中的应用，仿真效果表明MATLAB可以展现数学公式的物理图像，对复杂物理过程进行生动的仿真，并以图形和动画方式呈现，使物理过程变得直观、形象、更容易理解，也激发了学生的学习兴趣，提高课堂教学质量，取得了良好的教学效果。值得推广。

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