“電磁場與電磁波”是電子與通信類專業(yè)本科生必修的一門專業(yè)基礎課，課程涵蓋的內容是電子與通信類專業(yè)本科階段所應具備的知識結構的重要組成部分。

在教學過程中，學生普遍反映該門課程比較抽象，包含了大量的數(shù)學公式推導，很多概念難以理解。無論是電磁場還是電磁波，都是看不到、摸不著的，教師難講、學生難懂是當前該門課程教學中普遍存在的現(xiàn)象。

Matlab由于其強大的功能、簡單易學的編程語言和可視化的仿真環(huán)境，為電磁場與電磁波的教學提供了仿真條件。借助Matlab模擬和實現(xiàn)結構的可視化，把抽象概念變?yōu)榍逦瑢碗s公式進行計算和繪圖，動態(tài)直觀的描述了電磁場的分布和電磁波傳播狀態(tài)，幫助學生理解和掌握電磁場與電磁波傳播的規(guī)律，有助于學生對這門課程的學習。本文利用Matlab對平面電磁波的傳播、極化、反射和折射的仿真，將抽象的電磁波形象化，取得了很好的教學效果。

1 均勻平面電磁波傳播的仿真

設電磁波沿z 軸方向傳播，在與z 軸垂直的平面上，其電磁場強度各點具有相同的振幅和振動方向，即E 和H 只與z 有關，而與x 和y 無關，這種電磁波就是均勻平面電磁波。

1.1 電場和磁場只有一個分量的情況

沿z 軸傳播的均勻平面電磁波的瞬時值可表示為如下形式：

以一頻率為100 MHz的均勻平面波在線性、均勻、各向同性的理想介質中傳播為例，動態(tài)仿真了電磁波傳播的過程，這里用到了Matlab 的meshgrid、plot3、pause等函數(shù)，圖1中藍色為電場強度，紅色為磁場強度。通過圖形，學生可以直觀地看到電場和磁場互相垂直、相位相同、沿z 軸成正弦變化的規(guī)律。

1.2 電場和磁場有兩個分量的情況

設電磁波沿z 軸方向傳播，選擇ex 和ey 兩個正交方向描述電場和磁場，則：

電磁波的傳播過程如圖2所示。

2 電磁波的極化

在空間某一固定點觀察，E 的矢量端點在一個時間周期里繪出的軌跡表示電磁波的極化。了解電磁波的極化在實際工程中非常有用。對1.2中的電場和磁場的仿真如圖3 所示，這里用到了view 函數(shù)調整圖形視點，觀察矢量端的軌跡。動態(tài)顯示過程中，可以看到電磁波的極化方向。

3 均勻平面電磁波的反射和折射

3.1 均勻平面電磁波在理想介質交界面上的垂直入射

假設z = 0為媒質1和媒質2的平面分界面，電場強度為Ei (z) = E0 (ex + jey )e-jπ2z,電磁波由自由空間垂直入射到εr = 4,μr = 1 的介質中，通過計算，電場的反射系數(shù)和透射系數(shù)分別為r = -1 3 和t = 2 3,則入射波、反射波和折射波的瞬時值為：

電磁波的傳播過程如圖4 所示，其中藍色為入射波，綠色為折射波，紅色為反射波。