【电磁】基于Matlab模拟3 个偶极子的辐射图

文章介绍了利用MATLAB对直线天线的两种分析模型——无穷小偶极子和有限长偶极子进行的辐射性能仿真分析。建立了偶极子的辐射强度和方向性系数模型,并通过代码展示了如何处理输入参数,如波长和偶极子长度。仿真结果与实际相符,为天线研究提供理论基础。

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⛄ 内容介绍

研究了直线天线的两种简单分析模型:无穷小偶极子和有限长偶极子.建立了偶极子辐射强度和方向性系数数学模型.应用MATLAB对其性能进行了仿真分析.通过仿真分析比较,得出了和实际结果相符的结论,从而为天线的研究提供了有价值的基础理论.

⛄ 部分代码

% --- Outputs from this function are returned to the command line.

function varargout = dipola_OutputFcn(hObject, eventdata, handles) 

% varargout  cell array for returning output args (see VARARGOUT);

% hObject    handle to figure

% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Get default command line output from handles structure

varargout{1} = handles.output;

function wave_length_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject    handle to wave_length (see GCBO)

% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Hints: get(hObject,'String') returns contents of wave_length as text

%        str2double(get(hObject,'String')) returns contents of wave_length as a double

wavelength = str2double(get(hObject,'string'));

handles.wavelength=wavelength;

if isnan(wavelength)

  errordlg('You must enter a numeric value','Bad Input','modal')

  uicontrol(hObject)

return

end

guidata(hObject,handles)

handles.wavelength;

% --- Executes during object creation, after setting all properties.

function wave_length_CreateFcn(hObject, eventdata, handles)

% hObject    handle to wave_length (see GCBO)

% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles    empty - handles not created until after all CreateFcns called

% Hint: edit controls usually have a white background on Windows.

%       See ISPC and COMPUTER.

if ispc && isequal(get(hObject,'BackgroundColor'), get(0,'defaultUicontrolBackgroundColor'))

    set(hObject,'BackgroundColor','white');

end

function dipole1_Callback(hObject, eventdata, handles)

% hObject    handle to dipole1 (see GCBO)

% eventdata  reserved - to be defined in a future version of MATLAB

% handles    structure with handles and user data (see GUIDATA)

% Hints: get(hObject,'String') returns contents of dipole1 as text

%        str2double(get(hObject,'String')) returns contents of dipole1 as a double

dipole1 = str2double(get(hObject,'string'));

handles.dipole1=dipole1;

if isnan(dipole1)

  errordlg('You must enter a numeric value','Bad Input','modal')

  uicontrol(hObject)

return

end

guidata(hObject,handles)

handles.dipole1;

⛄ 运行结果

⛄ 参考文献

[1]张清泉, 吉安平, 行小帅,等. 基于MATLAB的偶极子辐射性能仿真分析[J]. 仪器仪表与分析监测, 2011(3):3.

⛄ 完整代码

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### 使用 Python 实现磁偶极子仿真 对于磁偶极子仿真的实现,可以采用数值计算的方法来模拟磁场分布。Python 提供了丰富的库支持科学计算和可视化,如 NumPy 和 Matplotlib。 为了创建一个简单的二维磁偶极子仿真程序,下面是一个基本框架: #### 导入必要的库 ```python import numpy as np import matplotlib.pyplot as plt from mpl_toolkits.mplot3d import Axes3D ``` 定义物理常量以及磁偶极矩向量 m 的方向和大小: ```python mu_0 = 4 * np.pi * 1e-7 # 真空中磁导率 [H/m] magnitude_m = 1 # 设定磁偶极矩的模长 theta = np.radians(90) # 偶极矩相对于z轴的角度 (这里设为垂直于纸面) phi = np.radians(0) mx = magnitude_m * np.sin(theta) * np.cos(phi) my = magnitude_m * np.sin(theta) * np.sin(phi) mz = magnitude_m * np.cos(theta) m = np.array([mx, my, mz]) ``` 构建网格并计算各点处由该磁偶极产生的 B 场分量[^1]: ```python def magnetic_field(x, y, z): """Calculate the components of the magnetic field at position r=(x,y,z).""" rx, ry, rz = x - mx, y - my, z - mz R = np.sqrt(rx ** 2 + ry ** 2 + rz ** 2) bx = mu_0 / (4*np.pi*R**5)*(3*(rx*m[0]+ry*m[1]+rz*m[2])*rx-R**2*m[0]) by = mu_0 / (4*np.pi*R**5)*(3*(rx*m[0]+ry*m[1]+rz*m[2])*ry-R**2*m[1]) bz = mu_0 / (4*np.pi*R**5)*(3*(rx*m[0]+ry*m[1]+rz*m[2])*rz-R**2*m[2]) return bx, by, bz ``` 绘制矢量表示空间中的磁场线: ```python X, Y, Z = np.meshgrid(np.linspace(-1, 1, 10), np.linspace(-1, 1, 10), np.linspace(-1, 1, 10)) Bx, By, Bz = magnetic_field(X, Y, Z) fig = plt.figure() ax = fig.gca(projection='3d') ax.quiver(X, Y, Z, Bx, By, Bz, length=0.1, normalize=True) plt.show() ``` 上述代码片段展示了如何利用 Python 来建立三维坐标系下的磁偶极子模型,并通过 `quiver` 函数直观展示出各个位置上的磁场强度及其指向[^1]。
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