矩形波导场结构的仿真

矩形波导场结构的仿真一、实验目的：1.加深学生对矩形波导中电磁场分布的理解；2.加深学生对矩形波导工作模式与相关参数的理解；3.提高学生的软件仿真能力。二、实验原理设金属波导的尺寸为a×b，传输TEmn波时电磁场分量为：在截止波长时，相关参数分别为工作波长波相位三、实验内容及步骤通过MATLAB计算并绘制出任意时刻金属矩形波导内TEmn模的电磁场分布图：1.根据给定波导尺寸和工作频率计算出相关参数；2.根据一定的绘图精度确定电磁场的坐标点，并计算电场、磁场分量；3.分别绘制出电场和磁场场分量的分布图，将电场分布图叠加于磁场分布图上。四、实验要求波导尺寸、工作频率，工作模式及精度由输入确定。五、实验报告•1.按照要求完成相关仿真，给出流程图和程序；•2.对主要语句做中文注释；•3.给出仿真的场分布图。程序清单如下：clear;a=input('尺寸宽边');%矩形波导尺寸ab=input('尺寸窄边');%矩形波导尺寸bm=input('m');%TEMmn模工作模式设定n=input('n');)cos()cos()cos()sin()sin()cos()()sin()cos()sin()(0)sin()cos()sin()()sin()sin()cos()(2222ztbynaxmHHztbynaxmHbnkHztbynaxmHamkHEztbynaxmHamkEztbynaxmHbnkEmzmcymcxzmcymcx22)()(2bnamcgcg2)(12d=input('采样精度');%采样精度Hm=input('幅值');%Hz的幅值，可以为任意值f=input('工作频率');%矩形波导的工作频率t=input('波传播时刻');%波传播t时刻的场结构图lc=2*((m/a)^2+(n/b)^2)^0.5;%TEMmn截止波长l=3*10^8/f;%波的工作波长lg=l/((1-(l/lc)^2)^0.5);%波导的波长c=lg;%传输方向，取波导传播的方向B=2*pi/lg;%相位常数的计算β=2*pi/λgw=B/(3*10^8);%角频率的计算u=4*pi*10^(-7);%内环最内层的电流值if(llc)return;%若工作波长大于截止波长，波不沿波导传播，则返回;elsex=0:a/d:a;%x轴方向的常分量，精度为a/dy=0:b/d:b;%y轴方向的常分量，精度为b/dz=0:c/d:c;%z轴方向的常分量，其精度为c/d[x1,y1,z1]=meshgrid(x,y,z);%三维空间图形绘制采样点函数Hx=-B.*a.*Hm.*sin(m*pi./a.*x1).*cos(n*pi*y1./b).*sin(w*t-B.*z1)./pi;%磁场在x轴上的分布函数Hy=-B.*a.*Hm.*cos(m*pi*x1./a).*sin(n*pi*y1./b).*sin(w*t-B.*z1);%磁场在y轴上的分布函数Hz=Hm.*cos(m*pi*x1./a).*cos(n*pi*y1./b).*cos(w*t-B*z1);%磁场在z轴上的分布函数%figure;quiver3(z1,x1,y1,Hz,Hx,Hy,'b');%绘制三维图以及线的颜色为深蓝色xlabel('传输方向');ylabel('波导宽边a');zlabel('波导窄边b');holdon;%继续x2=x1-0.001;%画x2图的与x1的间隔为0.001y2=y1-0.001;z2=z1-0.001;Ex=-w.*u.*a.*Hm.*cos(m*pi./a.*x2).*sin(n*pi./b.*y2).*sin(w*t-B.*z2)./pi;%电场在y轴上的分布函数Ey=w.*u.*a.*Hm.*sin(m*pi./a.*x2).*cos(n*pi./b.*y2).*sin(w*t-B.*z2)./pi;%电场在y轴上的分布函数Ez=zeros(size(z2));%电场在z轴上的函数，产生以0开始的矩阵，Ez=0%figure;quiver3(z2,x2,y2,Ez,Ex,Ey,'r');%画三维图形电场的分布图颜色为红色xlabel('传输方向');ylabel('波导宽边a');zlabel('波导窄边b');holdoff;%结束end利用input函数外部输入各参数计算出截至波长（lc），波的工作波长（l）等参数判断llcNo选定x，y，z各场量取值范围及参量利用meshgrid函数绘制空间的采样点列出磁场分量表达式，并计算个分量利用quiver3函数绘出磁场强度矢量图形列出电场分量表达式，并计算个分量利用quiver3函数在同一图上绘出电场强度矢量图形电、磁场各场分量间隔取值，以示区分结束Yes利用input函数外部输入各参数计算出截至波长（lc），波的工作波长（l）等参数判断llcNo选定x，y，z各场量取值范围及参量利用meshgrid函数绘制空间的采样点列出磁场分量表达式，并计算个分量利用quiver3函数绘出磁场强度矢量图形列出电场分量表达式，并计算个分量利用quiver3函数在同一图上绘出电场强度矢量图形电、磁场各场分量间隔取值，以示区分结束YesTEM10模矩形波导块结构仿真图：TEM02模矩形波导块结构仿真图：