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MATLAB仿真平面电磁波在不同媒介分界面上的入射.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.30M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    MATLAB 仿真平面电磁波在不同媒介分界面上的入射、反射和折射 一、实验目的： 1、 进一步学习 MATLAB，初步掌握 GUI 界面的编程。 2、 通过编程实现电磁波仿真效果图。 3、 进一步理解平面电磁波的入射、反射和折射现象 二、实验要求： 1、 以电场为例，动态演示平面电磁波的传播情况。 2、 可以任意设置媒介的介电常数和入射角。 3、 考虑金属导体和空气的分界面平面电磁波的入射、反射情况。 三、实验原理： 电磁波从一种媒质入射到第二种媒质时，分界面使一部分能量反射回第一种 媒质，另一部分能量折射到第二种媒质中，反射波和折射波得大小和相位取决于 分界面两侧的媒质特性、极化方向和入射角大小等，当电磁波入射到理想导体表 面时，会发生全反射。这一过程中包括的主要原理有以下三点。 1、正弦平面波在媒质分界面的反射和折射规律 波对分界面的入射是任意的，但为了方便，我们假设入射面与 zox 面重合。 处 的 入 射  波在 z>0 时发生入射和反射，在 z<0 时发生折射并令空间任意一点 r 波、反射波和折射波场强为：      E i E r E t     E e 0 i  E e 0 r E e 0 t  jK r i jK r i jK r i      E e 0 i E e 0 r  E e 0 t jK x ( sin 1  i  z cos  i ) jK x ( sin 1  r  z cos  r ) jK x ( sin 1  t  z cos  t ) 图表 1 正弦波斜入射示意图 根据在 z=0 的界面上电场强度的切线分量相等的边界条件，有 故必有 反射定律： 折射定律： ( , E x y i ,0)  ( , E x y r ,0)  ( , E x y t ,0) k 1 sin  i  k 1 sin  r  k 2 sin  t r  i k 1 sin k i  sin  r 2 2、 正弦平面波对理想介质的斜入射 1 垂直极化波 垂直极化波对理想介质斜入射如图所示，由折射和反射定律，我们可以得到 在任意媒质中的场强。 在第一煤质中
         E  1 y ( H   ( H  i H 1 x H 1 z  jk z 1 ( E e 0 i cos )( e  1 0 sin )(  e  1 i 0 cos  1 Re  cos jk z  1 1  jk z 1 cos  1 jk z 1 cos  1 jk x 1 sin  1  ) e cos jk z 1  1 cos  1 ) Re  jk z Re  1  jk x 1 sin  1 jk x 1 sin  1 ) e  e 在第二煤质中 E r 0  E t 0  2     2     2 cos cos cos cos   1 1 1 1 2 2   1 cos cos     2 cos  2 1 1 2 E i 0 E i 0      E  2 y ( H   ( H  t H 2 H x 2 z 2  jk E e 0 t cos ) e  2 0 ) sin  e  2 t 0 ( sin x  2  x cos  2 )  jk 2 ( sin x  2  x cos  2 ) jk 2 ( sin x  2  x cos  2 ) 图表 2 垂直极化波斜入射 2 平行极化波 平行极化波对理想介质斜入射如图所示，由折射和反射定律，我们可以得到 在任意媒质中的场强。 x  E 1 E 1 在第一煤质中  )( cos e  1  sin )( e   1 0  cos jk z  ( H e 1  在第二煤质中 ( E  0 i ( E   i H  1 0  y z i jk z 1 cos  1 jk z 1 cos  1 jk x 1 sin  1  1 Re  Re  cos jk z Re 1 jk z 1 cos  1 ) e  ) e  ) e 1 sin jk x 1    1 jk z 1 cos  1  jk x 1 sin  1
    E r 0  E t 0  2     1     1 cos cos cos cos   2 1 2 2 1 2   1 cos cos     1 cos  2 2 2 1 E i 0 E i 0 E E 2 x 2 z      ( E  0 t ( E   t H  2 y  jk ) cos e  2 sin ) e  1 0 ( sin x jk  H e 0 jk  t 2 ( sin x  2  z cos  2 ) 2 ( sin x  2  z cos  2 ) 2  2  z cos  2 ) 图表 3 平行极化波斜入射 3、 正弦平面波对理想导体表面的斜入射 1 垂直极化波 垂直极化波对理想导体斜入射如图所示，入射波在导体表面发生全反射，我 们可以得到在任意媒质中的场强。 jkx jkx cos )  e  jkz sin             H x H z  y   cos E e  sin jkz  ( E e E E    0 i r i sin( cos ) 2 j E kx e   0 i sin sin sin [ H H e H         0 i i sin jkz cos ) sin sin( 2   j H kx e     0 i cos cos H H H        r i cos ) cos cos( 2 e kx iH     cos [ e  0 sin jkz  i  0 r jkx cos   e  jkx cos ]  e  jkz sin  jkx cos   e  jkx cos ]  e  jkz sin  2 平行极化波
    垂直极化波对理想导体斜入射如图所示，入射波在导体表面发生全反射，我 们可以得到在任意媒质中的场强。 E E z      x   H y  cos ) sin cos( 2 kx e E   0 i 2 cos ) cos sin( kx e j E   0 i jkz cos( cos ) 2  H kx e   i 0 jkz sin   jkz sin  sin  四、实验程序； 实验程序比较长，可参见此文件夹中的 jm.m 文件。（附件） 生成的界面： 五、实验总结； 这次实验总体感觉收获比较大。 首先，之前学习的 MATLAB 都是基于图片之类的编程，没有学习过 GUI 的使用。通过这 次实验，我初步学习了一下 GUI，算是现学现卖吧。虽然学的不是很深，但是对于基本的功 能的使用应该还是可以的。 再次，对于电磁场地学习都是停留在书面作业上，通过这次实验，加深了我对电磁场传 播的理解。 最后，其实如果只有我一个人，应该是很难完成这次实验的，在这期间有同学的帮忙和 合作。通过这次实验，感受到合作的力量，不懂要问呐。 程序代码：
    JM, by itself, creates a new JM or raises the existing singleton*. H = JM returns the handle to a new JM or the handle to the existing singleton*. JM('CALLBACK',hObject,eventData,handles,...) calls the local function named CALLBACK in JM.M with the given input arguments. JM('Property','Value',...) creates a new JM or raises the existing singleton*. Starting from the left, property value pairs function varargout = jm(varargin) % JM M-file for jm.fig % % % % % % % % % % % are % % application % % % one % % % See also: GUIDE, GUIDATA, GUIHANDLES instance to run (singleton)". applied to the GUI before jm_OpeningFcn gets called. An unrecognized property name or invalid value makes property stop. All inputs are passed to jm_OpeningFcn via varargin. *See GUI Options on GUIDE's Tools menu. Choose "GUI allows only % Edit the above text to modify the response to help jm % Last Modified by GUIDE v2.5 13-May-2011 00:01:24 % Begin initialization code - DO NOT EDIT gui_Singleton = 1; gui_State = struct('gui_Name', mfilename, ... 'gui_Singleton', gui_Singleton, ... 'gui_OpeningFcn', @jm_OpeningFcn, ... 'gui_OutputFcn', @jm_OutputFcn, ... 'gui_LayoutFcn', [] , ... 'gui_Callback', if nargin && ischar(varargin{1}) []); gui_State.gui_Callback = str2func(varargin{1}); end else if nargout [varargout{1:nargout}] = gui_mainfcn(gui_State, varargin{:});
    gui_mainfcn(gui_State, varargin{:}); end % End initialization code - DO NOT EDIT % --- Executes just before jm is made visible. function jm_OpeningFcn(hObject, eventdata, handles, varargin) % This function has no output args, see OutputFcn. % hObject % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles % varargin structure with handles and user data (see GUIDATA) command line arguments to jm (see VARARGIN) handle to figure % Choose default command line output for jm handles.output = hObject; % Update handles structure guidata(hObject, handles); % UIWAIT makes jm wait for user response (see UIRESUME) % uiwait(handles.figure1); % --- Outputs from this function are returned to the command line. function varargout = jm_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) % varargout cell array for returning output args (see VARARGOUT); % hObject % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) handle to figure % Get default command line output from handles structure varargout{1} = handles.output; % --- Executes on button press in pushbutton1. function pushbutton1_Callback(hObject, eventdata, handles) axes(handles.axes1); mu1=1;%c´Åµ¼ÂÊ1 mu2=1;%c´Åµ¼ÂÊ2 w=get(handles.edit5); w=str2num(w.String);%¼«»¯ÆµÂÊ a=get(handles.edit3); epsilon1=str2num(a.String);%½éÖÊ1µÄÏà¶Ô½éµç³£Êý
    b=get(handles.edit4); epsilon2=str2num(b.String)%½éÖÊ2µÄÏà¶Ô½éµç³£Êý; k1=w*sqrt(mu1*epsilon1); k2=w*sqrt(mu2*epsilon2); sita=get(handles.edit1); sita=str2num(sita.String); sita1=asind(k1*sind(sita)./k2); xv = 0:pi/10:20*pi; ym=xv; %plot(ym) er=0.5; for i=1:900 yv = sin(xv+pi/30*i);%%>>>>²¨Ðκ¯Êý x=-xv*sind(sita); y=xv*cosd(sita); x=x+cosd(sita)*yv; y=y+sind(sita)*yv; xv1 = 0:pi/10:20*pi; yv1 = sqrt(1-er*er)*sin(xv-pi/30*i);%%>>>·´É䲨Ðκ¯Êý x1=xv1*sind(sita); y1=xv1*cosd(sita); x1=x1-2*cosd(sita)*yv1; y1=y1+sind(sita)*yv1; xv2 = 0:pi/10:20*pi; yv2 = er*sin(xv-pi/30*i);%%>>>ÕÛÉ䲨Ðκ¯Êý x2=xv2*sind(sita1); y2=xv2*cosd(sita1); x2=x2-cosd(sita1)*yv2; y2=y2+sind(sita1)*yv2; %plot(zeros(1:81)) %plot(-40:0.01:40,0) %hold on %plot(0,-60:0.01:60)
    %hold on plot(x,y,x1,y1,x2,-y2,[-50 50],[0 0],'k',[0 0],[-50 50],'k'); su=get(handles.edit2); su=str2num(su.String); sudu=1/su; pause(sudu) end function edit2_Callback(hObject, eventdata, handles) % hObject % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) handle to edit2 (see GCBO) % Hints: get(hObject,'String') returns contents of edit2 as text % a double str2double(get(hObject,'String')) returns contents of edit2 as % --- Executes during object creation, after setting all properties. function edit2_CreateFcn(hObject, eventdata, handles) % hObject % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles empty - handles not created until after all CreateFcns called handle to edit2 (see GCBO) See ISPC and COMPUTER. % Hint: edit controls usually have a white background on Windows. % if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor')) set(hObject,'BackgroundColor','white'); end % hObject % eventdata reserved - to be defined in a future version of MATLAB % handles structure with handles and user data (see GUIDATA) handle to pushbutton1 (see GCBO) function edit3_Callback(hObject, eventdata, handles)
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