电磁波极化特性MATLA仿真B闫昕，朱峻锋，赵小新［摘要］基于电磁理论的基本知识，应用MATLAB仿真直线极化波、圆极化波和椭圆极化波的电磁波极化特性，研究结论为电磁波极化现象的理解提供新的手段．［关键词］电磁波极化;MATLAB仿真;直线极化波;圆极化波;椭圆极化波①［］O442［文献标识码］A［］1004－7077(2014)05－0051－03引言0库仑定律、安培定律和法拉第电磁感应定律三大电磁学实验定律的提出，标志着人类对宏观电磁现象的认识从定性阶段到定量阶段的飞跃，以三大实验定律为基础，麦克斯韦基于两个假设总结出麦克斯韦方程组描绘电磁波传播、辐射等电磁现象的总规律［1］．图1是平面电磁波在无界空间中的传播特性图，从图1中可以看到，平面电磁波沿→→Z方向传播，电场强度E与磁场强度H处于与电磁波传播的Z方向垂直的无限大平面内→一般情况下电场强度E有Ex和Ey分量，合成波电场→→E=exEx→+eyEy，其中ExExmcos(ωt+φx)，EyEymcos(ωt+φy)(1)==图1平面电磁波在无界空间的传播图2相位相等时的直线极化波→由于Ex和Ey分量的振幅和相位不一定相同，因此在空间任意点上合成波电场强度E的大小和方向都将随着时间变化，这种现象称为电磁波的极化现象．它表征在空间给定［收稿日期］2014－06－10［基金项目］地方高校国家级大学生创新创业训练计划项目(项目编号:201310904024);枣庄学院《电磁场理论》精品课程项目;枣庄学院教学改革项目(项目编号:YJG11007);枣庄学院2014校级大学生研究训练计划项目(项目编号:2014041)．［作者简介］闫昕(1977－)，男，山东枣庄人，枣庄学院光电工程学院讲师，博士，主要从事计算电磁学、人工晶体和电磁超材料方面的研究．·51·①枣庄学院学报2014年第5期点上电场强度矢量的取向随着时间变化的特性，并用电场强度矢量的端点随时间变化的轨迹来描述，如果轨迹是直线则称为直线极化波，如果轨迹是圆则称为圆极化波，如果轨迹是椭圆就称为椭圆极化波．电磁波极化现象的研究在中波广播天线、电视接收天线、火箭上的天线定位，卫星通信天线、电子对抗等领域有着重要应用［2］．MATLAB软件又称矩阵实验室，可以用来科学计算，可以很好的进行数据可视化大大增加了对复杂公式、实验现象、抽象的概念的理解．将MATLAB应用于抽象的电磁问题，极大地提高了对电磁理论的理解［3－4］．直线极化波1对于Ex和Ey，如果φx－φyφy=0时，=0，或者φx－φy=±π时，合成波为直线极化波，当φx－22E=槡E(0，t)+E(0，t)2槡E+E2cos(ωt+φ)(2)=xyxmymxEyEym=arctan()=±arctan()EE(3)αxxm取A1=5，A2=5，φx－φy=0，ω1=5，ω2=5时应用MATLAB编程仿真得到图2，图2是通过一三象限的直线极化波．取A1=5，A2=5，φx－φy=±π，ω1=5，ω2=5，仿真得到图3，图3是通过二四象限的直线极化波．相位相差±π时的圆极化波图3相位相差π时的直线极化波图42圆极化波2π2对于Ex和Ey，如果φx－φy时，合成波为圆极化波，此时=±2槡E+E2=E=const(4)E=xxma=arctan(Ey)=－(ωt+φ)(5)xExπ取A1=5，A2=5，φx－φy=±2，ω1=5，ω2=5仿真得到图4，图4是圆极化波，当π2π2时形成左旋圆极化波，当φx－φy时形成右旋圆极化波．左旋右旋极φx－φy=+=－化波统一用图4表示，在进行动画演示时可以清楚的观察到它们的差异．椭圆极化波3当两个电场分量φx－φy·52·Δφ，合成波为椭圆极化波，此时=闫昕，朱峻锋，赵小新电磁波极化特性的MATLAB仿真E2E2EExyxy2(6)+－E2Ecosφ=sinφE2Exmymxmym2ExmEym(7)tan2θ=cosφE22－Eymxm取A1=5，A2=5，ω1=5，ω2=5，当0＜φ＜π时仿真得到左旋椭圆极化波，如图5所示．当π＜φ＜2π时仿真得到右旋椭圆极化波，如图6所示．3π相位相差π时左旋椭圆极化波图5图6相位相差时右旋椭圆极化波444结论从电磁波传播的基本理论方程出发，分析了振幅、相位和合成波夹角变化的理论公式，应用MATLAB语言仿真得到了直线极化波、圆极化波和椭圆极化波的变化图形，对于圆极化波，左旋和右旋不能够通过文中图形判断得到，要根据实际作图的动画判断．研究结论是将MATLAB编程应用到电磁波极化的仿真增加了对电磁波极化的理解．参考文献［1］谢处方，饶克谨编．电磁场...