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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
2、） 利用 matlab 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clearallw=6*pi*109;z=0:0.001:0.12;c=3*108;k=w/c;n=5;rand( state,3)f
3、or 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)holdonendtitle(电磁波在不同时刻的波形)电 磁 波 在不 同时 刻 的 波 形10.80.60.40.20-0.2-0.4-0.6-0.8-100.020.040.060.080.10.12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
4、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: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,
5、r,z,FB,b,z,h,d);2.5入射波2反射波合成波1.510.50-0.5-1-1.5-2-2.51234567891002.5入射 波2反射 波合成 波1.510.50-0.5-1-1.5-2-2.5012345678910legend(入射波 ,反射波 ,合成波 );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,z,FB,b,z,h,d;legend( 入射波 ,
6、 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;B=cos(z-t/4);FB=cos(z+t/4);
7、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);2.5入射 波2反射 波合成 波1.510.50-0.5-1-1.5-2-2.51234567891002.5入射 波2反射 波合成 波1.510.50-0.5-1-1.5-2-2.51234567891002.5入射 波2反射 波合成 波1.510.5
8、0-0.5-1-1.5-2-2.51234567891002.5入射 波2反射 波合成 波1.510.50-0.5-1-1.5-2-2.50123456789102.521.510.50-0.5-1-1.5-2-2.5 02.521.510.50-0.5-1-1.5-2-2.5 02.521.510.50-0.5-1-1.5h=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*p
9、i;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);（ 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） ax
10、is equal;n=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+FB;plot(z,B,r,z,FB,b,z,h,d);legend(入射波 ,反射波 ,合成波 );入射波反射波合成波12345678910入射波反射波合成波12345678910入射波反射波合成波axis(0 10 -2.5 2.5);-2分析：有以上几幅图形的连续变化可以得出，-2.512345678910当 n=0 时，反射波和入射波重合， 合成波的振0幅最大，随着 n 值的不断增大， 入射波和反射波的
11、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。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 on21.510.50-0.5-1-1.5-2-0.8 -0.6 -0.4 -0.200.20.40.60.81-1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
12、=6*pi;t=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,-)10.80.60.40.2010.5100.5-0.50-0.5-1-1%clear allclcw=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 onn=n+1;m(:,n)=getframe(g
13、cf)endtitle(圆极化动态变化曲线 )圆极化动态变化曲线2.521.510.501054020-5-2-10-4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。（ 3）椭圆极化 clear allclc 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(w*t+theta2);plot(Ex,Ey,)hold onn=n+1;m(:,n)=getframe(gcf)endtitle(椭圆极化动态变化曲线
14、)椭 圆 极化 动 态变 化曲 线6420-2-4-6-2-10123-3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。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n1qi1Vqi22i 1 40xxiyyi0为了方便求解，令4n1V22i1则：xxiyyiclearv=1./(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n
15、grid=30;xplot=linspace(-xmax,xmax,ngrid);%x,y=meshgrid(xplot);%vplot=eval(v); % explot,eyplot=gradient(-vplot); %clf;subplot(1,2,1),meshc(vplot);%xlabel(x);ylabel(y);zlabel(电位 );subplot(1,2,2),axis(-xmax xmax-ymax ymax)cs=contour(x,y,vplot);% 画等势线clabel(cs);hold绘图区域、网格线设定生成二维网格执行输入的电势计算方程计算电场强度画含等势线的三维曲面10650.54位1.52.5电y03454.325.512on; % 在等势线上编号quiver(x,y,explot,eyplot)% 用箭头描述矢量场xlabel(x);ylabel (y);hold off;0-540402020-10y0 0x-10010x由上图形可知，当两个电荷的坐标轴一样时， 两个电荷所形成的图像重叠在一起。（注：专业文档是经验性极强的领域，无法思考和涵盖全面，素材和资料部分来自网络，供参考。可复制、编制，期待你的好评与关注）