0引言
“电磁场与微波技术”课程是本科电子、信息类专业的专业基础课，它所涉及的内容即是电子信息类专业学生应具备的知识结构的必要组成部分，在电子信息类专业中占有重要的地位。该课程是否学得好，基础是否牢固，直接影响以后的天线原理、移动通讯、电磁兼容、及其他高频电子设备课程的学习。电磁场作为物质存在的一种形式，不同于简单的物质，它看不见、摸不着，特别抽象，相应地对一些概念和原理的理解造成很大的困难。随着计算机的广泛普及，作为老师，可以充分利用计算机强大的数值计算和图形处理功能、视觉功能，使用多媒体教学帮助学生在头脑中建立一些抽象的三维空间模型，从而将抽象、空洞的理论变得十分形象，让抽象思维和形象思维得到很好的结合，进而加深学生对授课内容的理解。力争做到生动、形象、更有效的理解和掌握基本概念、基本定律、基本公式和基本应用。
1引入COMSOL Multiphysics的意义
早期人们解决电磁场的计算问题，基本上都是通过数学方法求解麦克斯韦方程组，但这种方法只能解决少数规则边界问题，随着计算机技术的发展，人们开始采用数值计算方法解决复杂边界问。COMSOL Multiphysics是以有限元法为基础，通过求解偏微分方程（单场）或偏微分方程组（多场）来实现真实物理现象的仿真，被当今世界科学家称为“第一款真正的任意多物理场直接耦合分析软件”。其中的RF模块广泛应用于射频、无线通信、封装及光电子设计的任意三维电磁仿真，强大的后处理功能方便查看电磁问题的场分布及相关参量。由于电磁场的三维特性和电磁波的波动性等抽象内容，要求学生要有较强的空间想象能力、抽象思维能力和逻辑推理能力，但是传统教学手段仅仅使用公式描述参数之间关系，缺少图形描述，使教师无法生动、形象地展示给学生，这些都使得许多学生无法深入理解从这些模型中建立起来的许多概念，失去学习的积极性，从而影响整个课程的学习。为了帮助学生理解电磁场理论的物理意义，本人在分析现有课程的方法基础上，采用了COMSOL Multiphysics提供的RF模块进行电磁场理论的公式推理，计算，绘图功能，以二维或者三维的方式实现各种电磁场的可视化，从而达到提高教学效果的目的。
2 COMSOL Multiphysics仿真非互易微波系统
微波网络结构的电特性通常有三种描述方法：场描述方法、等效电路描述方法和网络矩阵参数描述方法。按照是否互易，微波网络可以分为互易网络和非互易网络。一般来说，不包含有源器件、铁氧体、或等离子体的微波网络都是互易网络。网络矩阵参数描述方法只需要描述微波网络的外部特性，不用涉及内部特性分析，具有简练、高度概括的特点，适用于各种微波网络结构，特别是复杂的微波网络结构，是最常用的一种描述方法。对于用散射矩阵参数描述的微波网络，若是互易网络，则散射矩阵［S］具有对称性，即[S]=[S]T 或Sij =Sji ，Sij表示其他所有端口匹配时，端口j到端口i的传输系数。由于缺乏直观感性的认识，学生对互易网络理解的存在较大困难，是整个课程教学过程中很难突破的一个难点。为了帮助学生更好的理解互易性和非互异性，本人在讲授微波网络这一章时，利用COMSOL Multiphysics软件中的RF模块求解非互易微波系统内部的场分布，分析其电特性。通过场分布描述微波网络结构的非互易性。
我们仿真了含有铁氧体材料的非互易电磁系统，结构如图1（a）所示。
图1 （a）含有铁氧体材料的互互易系统；（b）和（c）分别为电磁波从左上角和右上角入射时，非互易系统的场分布。
红色圆环是铁氧体阵列，通过施加垂直于纸面的磁场，铁氧体材料的相对磁导率为
，满足张量形式，该系统为非互易系统。当电磁波以45°入射角分别从左上角和右上角入射时，其场分布分别为图1（b）和图1（c）。设定图1（b）和图1（c）分别表示电磁波从端口1和端口2入射，从场分布可以看出，当电磁波从端口1入射到铁氧体阵列表面时，随即出现全反射；而当电磁波从端口2入射铁氧体阵列表面时，电磁波沿着界面向后平移一段距离以后才出现全反射，S12明显不等于S21，微波系统满足非互易网络的定义。
通过上面实例的引入，可以形象地观察到非互易系统的电磁场的分布，加深了对抽象电磁场问题的理解，明显能提高学生学习电磁场理论的兴趣。
3结语
本文针对具体实例利用COMSOL Multiphysics软件工具对其进行了求解， 给出了直观形象的仿真图形，丰富了教学内容，达到了一定的教学效果，为课程教学方法和手段的改革探索了新的思路。
