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“微波技术” 课程中计算机绘制电场线的探讨与分析ˉ
高等理科教育 微“波技术”课程中计算机绘制电场线的探讨与分析
“微波技术课程中
计算机绘制电场线的探讨与分析 ‘
李 虎 梅中磊 丁光泽 张晓萍
(兰州大学 信息科学与工程学院,甘肃 兰州 73oooo)
摘 要 文章分析探讨了计算机绘制电场线的两种方法,在此基础上提出了改进措施,并用
改进后的方法采用Maflab语言绘制了园波导中H21波电力线图,证明了改进方法的有效性和可行
性,文中也简单介绍了常用于解决电磁场问题的其它两种软件,为进一步推进微波技术课程的教
学改革奠定了良好的基础。
关键词 电场线 madab语言 圆形波导 计算机绘制
中图分类号 G(2.O 文献标识码 A
“微波技术”课程是电子信息、通信工程类专业的一门重要专业基础课,是学生的概念从低
频过渡到高频段的关键课程,其教学目的是培养学生运用所学知识独立分析与解决实际问题的能
力,以及发现与提出问题的能力和创新能力,并为后续专业课打好必要的理论基础…。学生通
过这门课需建立高频段许多重要概念,尤其是涉及到场的一些问题,其特点是所分析的对象和模
型具有三维的动态分布 j,概念抽象,理论性强,需要学生具有较强的空间想象能力和逻辑思
维能力。由于初次建立高频段的概念,学生对这些基本概念的理解有一定难度。如何采用多种教
学方法和教学手段,利用现代教育技术,将抽象复杂的场的概念转化为具体直观的图像,通过绘
制电场线、磁场线形象地描述场分布,使学生直接观察各种传播模式下电磁场的空间分布特性,
深刻理解电磁场的实质,并引导学生亲自动手实践,激发他们学习这门课程的积极性和创造性,
是这门课程近年来主要探索的改革思路。在实现上述改革的过程中,绘制波导中各传输模式电磁
场分布的电场线和磁场线是关键问题之一。绘制电场线 (或磁场线)的难点是在二维坐标中普
通的绘图指令仅可画出纵坐标和横坐标的关系,而波导中的场分量表达式描述的并非坐标系中的
两个分量的关系解,所以无法直接由函数关系绘制图形,故而需另辟蹊径。本文对两种计算机绘
制电场线 (或磁场线)的方法进行了分析探讨,发现了各 自的优缺点,在此基础上提出了改进
的方法,并用改进后的方法应用Matlab语言绘制了H:波电力线图,为进一步推进微波技术课程
的教学改革奠定了良好的基础。
一
、 电力线的绘制方法
(一)用电场线描述电场
用场线描述矢量场是物理学中的一个重要思想方法,电场线 (或磁场线)实际上就是一阶
微分方程的解 :
· 收稿 日期 2007—11—30
资助项 目 兰州大学第六批重点课程建设项 目.
作者简介 李虎 (1985一)男,安徽阜阳人,硕士研究生,主要从事光纤通信研究
一 87 —
高等理科教育 2008年第
5期 (总第81期)
dr
cb(—ta (xy)]= (2.1)
F的喜分量E,y).处的场矢量与x轴正方向的夹角。由基本单位矢量之间的关系可知,直角坐标系
x 和E,可以用极坐标系下的分量 E和 E 来表示[引:
Ex Ecosd~一E6sin~b
(2.2)
Ey=E sind~+E cosd~
(2.3)
在用计算机进行数值模拟时,微分方程
(2.1)可近似为以下两个等式:
Xi+】= j+8sCOSOti
(2·4)
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