电磁场与电磁波实验指导书

电磁场电磁波试验一、试验目的1、通过电磁感应装置的设计，了解麦克斯韦电磁感应定律的内容2、了解半波天线感应器的原理及设计方法3、天线长短与电磁波波长的接收匹配关系二、预习要求1、麦克斯韦电磁理论的内容2、什么是电偶极子？3、了解线天线根本构造及其特性三、试验仪器HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台： 1套电磁波传输电缆： 平板极化天线： 1副半波振子天线： 1副感应灯泡： 1个四、试验原理统一的电磁场。下面我们通过制作感应天线体，来验证电磁场的存在。如图示：电偶极子是一种根本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，但又简洁制作，本钱低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等。2 本试验重点介绍其中的一种半波天线。〔或称对称振子〕可以看成是由一段末端开路的双线传输线形成的。这种天线是最通用的天线型式之一，又称为偶极子天线。而半波天线是对称天线中应用最为广泛的一种天线，它具有构造简洁和馈电便利等优点。线的辐射场相加得到，于是可得半波振子〔Lλ/4〕的远区场强有以下关系式：E=[60Imcosπcosθ/2)]/Rsinθ=[60Im/Rf(θf(θ)为方向函Fθf(θ/fmax=|cos(πcosθ/2)/sinθ|其中fmaxf(θ)的最大值。由上式可画出半波振子的方向图如下:ψ无关，故在H面上的方向图是以振子为中心的一个圆，即为全方性的方向图。在E面的方向图为8θ=π/2，且只要一臂长度不超过0.625λθ=π/2方向上；假设连续增大L，辐射的最大方θπ/2方向。五、试验步骤〔一〕测量电磁波放射频率N1”连接至“功率频率检测口”。2、在液晶界面上同时显示动身射功率及频率。FF,F

V光900MHz,则：λ=V光=3*108/900*106=0.33m.λFL=0.165m则两端子分别均为0.165/2=8.25cm〔二〕制作半波振子天线122、将铜丝末端漆刮掉，保持良好导电。3、将天线安装到转盘上，这时就完成了半波天线的制作。4、其他天线方法同上。〔三〕验证麦克斯韦电磁理论，电磁场的存在经天线放射后在空中传输2、灯泡被点亮，验证了电磁场的存在。六、留意事项1、漆包线铜丝需将末端的漆刮掉，保持导电性良好。2、铜丝避开弯折。七、报告要求1、依据标准试验报告的格式和内容完成试验报告；2、完成数据运算及整理；3、更换天线种类进展制作；一、试验目的1、学会用恒定电流场描绘模拟静电场的试验方法。2、争论电场线的分布规律。3、加深对电场强度和电势概念的理解.二、试验概述电场强度和电势是表征电场特性的两个根本物理量 ,为了形象地表示静电场,常采()和等势面来描绘静电场.电场线与等势面处处正交,因此有了等势面的图形就可以大致画出电场线的分布图,反之亦然。静电场的争论有多种方法,模拟法就是一种重要的试验方法.两个物理量之间,只要具有一样的物理模型或一样的数学表达式 ,就可以用一个物理量去定量地或定性地模仿另一个物理量,这种方法称为模拟法.本试验承受稳恒电流场模拟静电场的方法来描绘用灵敏电流计检测出一组等势点子，然后将这些等势点用光滑曲线连接起来，就描绘出了等势线。三、试验预备本试验与微安电流表和稳压电源协作使用。1、把试验器底板放正，旋下底板上的接线柱帽，并取下电极圈。2、将打好孔的白纸、复写纸、导电纸依次套进接线柱螺杆上放平。良好。4、将“+5V输出”端口与接线柱正负端相连接。5个小点，作为试验基准点〔A、B、C、D、E，学生自己标注。四、试验方法1、上述步骤安装完毕后，检查一个是否有接触和松动处。2、检查无误后，接通“+5V”电源供电电路。3、将一根探针放在基准点A上，用另一根探针尖在该四周找寻与A等势的点，电流326表指针偏转越小，就越接近要找的点。假设找到某一点A1，指针无偏转，处于零位，就把探AA1。4、用一样的方法可以找出A2、A3、、A8等七个点，这样就取出了一条等势线的点。5ABBB1、B2、、B8。6、依次类推，共找出五条等势线的点7、切断电源、取出白纸，分组把点用光滑曲线连成一条等势线。8〔注〕五、留意事项1、试验前，应认真阅读说明书，按步骤试验2、试验完毕，马上断开电源，以免短路3、电极与导电纸应接触良好，特别留意将接线柱帽旋紧，保证明验质量。一、试验目的1、生疏时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用2、理解电磁波辐射原理3、了解位移电流的概念二、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律？2、半波振子天线的原理。三、试验仪器HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台：1套检波器：1只微安表头：1只电磁波传输电缆：1套平板极化天线：1副半波振子天线：1副四、试验原理用功率信号发生器作为放射源，通过放射天线产生电磁波。假设将另一副天线置于电磁波电磁波功率越强，感应电动势越大。假设用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够线，灯泡被点的越亮。越远离天线，灯泡越暗。五、试验步骤〔一〕装置白炽灯泡和极化天线〔A〕，将电磁波信号输送到极化天线上放射出去。2、按下机器供电开关，机器工作正常，按下功率“放射开关”，绿色放射指示灯亮，说明放射正常。3、半波天线的长度计算方法〔也可由液晶界面直接显示〕：电磁波放射源的频V=V

900MHz,则：Vλ=光V

=3*108/900*106=0.33m.半波天线长L=0.165m则两端子分别均为0.165/2=8.25cm下面开头制作天线。留意：〔天线端口与支撑金属片固定端的铜丝上的绝缘漆要刮〕〔铜丝〕制作典型的半波天线，安装于感应灯板两端，竖直固定到测试支架上，将滑块移动置极化天线端〔最左端〕归零，此时液晶显示读数0.00。调整测试支40cm左右，按下功率信号发生器上放射按钮，白炽灯被点亮。5、开头移动测试支架滑块〔向靠近极化天线方向移动〕，直到小灯刚刚发光时，直接在显示器上读取滑块与放射天线的距离并记录。关系。7、设计制作其它天线形式制作感应器，重复上面过程，记录数据。次数次数天线形式天线长度距离1223…………〔二〕装置检波二极管1、将感应板换成检波装置，〔灯泡变成了检波二极管〕。置于旋转支架上。2、用金属丝〔铜丝〕制作典型的半波天线，安装于检波板两端，竖直固定到测试支架上，将滑块移动置极化天线端〔最左端〕归零，此时液晶显示读数0.00。调整测试支40cm左右，通过SMA连接线将检波电流送至“检波电流输入”端口，同时将主机后开关切换至“电流输入”。按下功率信号发生器上放射按钮，指针开头偏转。记录数值。3、渐渐向极化天线方向移动，记录下距离数值及电流大小，记录数值。次数天线形式天线长度距离电流大小123…………五、留意事项1、按下机器供电开关，机器工作正常，按下功率放射按钮，放射指示灯亮，说明放射正常。2、滑动感应器及反射板应缓慢，切忌过快影响试验效果和读数。3、测试感应器时，不能将感应灯靠近放射天线的距离太近，否则会烧毁感应灯。〔置15cm以外，或视感应灯亮度而定〕4、尽量削减按下放射按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。5、测试时尽量避开人员走动，以免人体反射影响测试结果。六、报告要求1、依据标准试验报告的格式和内容完成试验报告；2、完成数据运算及整理；3、对试验中的现象分析争论。一、试验目的1、电磁波的偏振现象的产生2、完全偏振波与合成偏振波的定义3、争论线性极化波的产生及其特点；4、争论制作的电磁波感应器的极化特性，进展极化特性试验，与理论结果进展比照、争论；5、通过试验加深对电磁波极化特性的理解和生疏。二、预习要求1、什么是电磁波的偏振？它具有什么特点？2、了解各种常用天线的极化特性；3、天线特性与放射(接收)电磁波极化特性之间的有什么关系？三、试验仪器HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台：1套水平极化天线：1副垂直极化天线：1副电磁波传输电缆：1根微安表：1只灯泡：1只四、试验原理〔线偏，电磁波〕，也有两个方向合成的〔圆偏振，椭圆偏振〕。自然光里的电磁波可以理解化电磁波〔简称极化波。假设极化电磁波的电场强度始终在垂直于传播方向的〔横〕平场的矢端轨迹称为极化曲线，并按极化曲线的外形对极化波命名。一般均承受垂直极化的传播方式。取向随时间变化的特性，并用电场强度矢量E的端点在空间描绘出的轨迹来表示。由其轨迹方式可得电磁波的极化方式有三种：线极化、圆极化、椭圆极化。极化波都可看成由两个同频率的直线极化波在空间合成,Z方向传播，一个的XYXY在垂直方向，这两个波就分别为水平极化波和垂直极化波。Ex=Exmsin(wt-kz)Ey=Eymsin(wt-kzδExm、Eym分别是水平极化波和垂直极化波的振幅，δEy超前Ex的相角〕。Z=0的平面分析，有Ex=Exmsin(wt)Ey=Eymsin(wt+δ)aEx2-bExEy+cEy2=1abc为水平极化波和垂直极化波的振幅ExmEymδ有关的常数。此式是个一般化椭圆方程，它说明由ExEy合成的电场矢量终端画出的轨迹是一个椭圆。所以：当两个线极化波同相或反相时，其合成波是一个线极化波；л/2时，其合成波是一个椭圆极化波；л/2时，其合成波是一个圆极化波。试验一所设计的半波振子接收〔放射〕的波为线极化波，而最常用的接收〔放射〕圆极化波，而是椭圆极化波。当单位长度的螺圈数N很大时，放射〔接收〕的波可看作是圆极化波。极化波的一个需要重视的地方是极化的旋转方向问题。一般规定：面对电波传播的方〕，电场沿顺时针方向旋转的波称为右旋圆极化波。右旋螺旋天线则时，为右旋圆极化，反之为左旋圆极化。五、试验步骤试验装置如以下图所示：1、将一副放射极化天线架设在放射支架上，连接好放射电缆，开启试验平台开关，2”连接到极化天线上。按下放射开关，绿色指示灯亮，代表正常工作。2、将制作的线极化的电磁波感应器安装在测试支架上，分别设置成垂直、水平、斜45度三种位置，按下放射按钮，并移动感应器滑块，观看灯泡到达同等亮度时与放射天线的距离，并记录数据。3、更换不同的放射天线类型，重复以上步骤，记录测试数据。4、分析试验数据，推断各放射天线发出的电磁波的极化形式。距离〔距离〔cm〕天线形式水平垂直45度V125、也可接检波装置，观测不同极化时的检波电流大小。〔有兴趣的同学，可用这种方式记录数据，从而画出半波天线的方向图〕。六、留意事项1、按下机器供电开关，机器工作正常，按下功率放射按钮，放射指示灯亮，且液晶界面显示放射状态，说明放射正常。2、滑动感应器及反射板应缓慢，切忌过快影响试验效果和读数。3〔置15cm以外，或视感应灯亮度而定〕4、试验前，按规定执行清零操作，便利读数记录。5、避开与相邻小组同时按下放射按钮，尽量削减按下放射按钮的时间，以免相互影响测试准确性。6、测试时尽量避开人员走动，以免人体反射影响测试结果。七、报告要求1、依据标准试验报告的格式和内容完成试验报告；2、完成数据运算及整理，依据试验数据，分析电磁波的极化形式；3、争论电磁波不同极化收发的规律；一、试验目的、学习了解电磁场电磁波的空间传播特性；、通过对电磁场电磁波波长、波幅、波节、驻波的测量进一步生疏和了解电磁场电磁波3、利用相干波原理测量波长二、预习要求、什么是迈克尔逊干预原理？它在试验中有哪些应用？、驻波的产生原理及其特性；三、试验仪器HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台：1套极化天线：1副金属反射板：1块〔选配〕1块电磁波传输电缆：1根半波振子天线：1副微安表头：1只灯泡：1只四、试验原理变化的电场和磁场在空间的传播称为电磁波，几列电磁波同时在同一介质中传播时，几列波可以保持各自的特点(波长、波幅、频率、传播方向等)同时通过介质，在几列终加强，而另一些点振动始终减弱或完全抵消，因而形成干预现象。干预是电磁波的一个重要特性，利用干预原理可对电磁波传播特性进展很好的探究。应器位置可以产生波腹或波节。设到达电磁感应器的两列平面波的振幅一样,只是因波程不同而有肯定的相位差,电场可表示为：Ex=Emcos(wt-kz) Ey=Emcos(wt-kz+δ),(n=0,1,2……)时，合成波的振幅最大，Z1的位置为合成波的波腹；相位差δ=βZ2=2nπ+π)时，合成波的振幅最小，Z2的位置为合成波的波节。实际上到达电磁感应器的两列波的振幅不行能完全一样，故合成波波腹振幅值不是二倍单列波的振幅值，合成波的波节值也不是恰好为零。,以形成，当合成波振幅最大(波腹)时：Z1=2nπ/βnλ(波节)Z2=(2nππ/β=(n+1/2λ幅最小(波腹到波节)的最短波程差为λ/2，假设此时可动金属板移动的距离为△L,则2△L=λ/2 即λ=4△L可见,测得了可动金属板移动的距离△L,代入式中便确定电波波长。了解下面两个概念：下面通过试验现象来分析驻波的产生，及电磁波波长的测试方法。五、试验步骤将感应天线滑至极化天线最左端，实施清零操作〔0.00〕。2、将设计制作的电磁波感应器半波天线——感应天线安装在可旋转支架上，先将其垂25-30cm刻度处；3、按下放射旋钮，此时已有电磁波放射出来，灯泡被点亮〔亮暗程度不一样；线往极化天线方向移动少许距离，假设还没明暗变化，再检查天线及其他方面；次数感应位置〔cm〕波节1〔cm〕波节N〔cm次数感应位置〔cm〕波节1〔cm〕波节N〔cm〕N波长〔cm〕平均〔cm〕123…………………X1白炽灯，记录下白炽灯最暗时的刻度：X2,则2(X1-X2)=1/2λλ=4〔X1-X2〕,F=V光/4(X1-X2).留意：多记录几组数据，求平均之值后再计算波长。6、也可换上检波装置，这时可观测指针是左右来回摇摆，这时记录下指针最大时的距波长大小。7，将金属反射板换成玻璃板，观测试验现象。六、留意事项1、按下机器供电开关，机器工作正常，按下放射开关，绿色放射指示灯亮，说明放射正常。2、滑动感应器及反射板应缓慢，切忌过快影响试验效果和读数。3、测试感应器时，不能将感应灯靠近放射天线的距离太小，否则会烧毁感应灯。〔置于15cm 以外，或视感应灯泡亮度而定〕4、试验前，按规定执行清零操作，便利记录数值。5、尽量削减按下放射按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。6、测试时尽量避开人员走动，以免人体反射影响测试结果。七、报告要求1、依据标准试验报告的格式和内容完成试验报告；2、完成数据运算及整理，计算出电磁波波长；3、对试验中的现象分析争论，并对试验误差产生的缘由进展分析。一、试验目的1、了解电磁波的频率分类2、电磁波频率功率的测试方法3、功率频率的单位转换二、预习要求1、电磁波功率的单位及转换关系2、电磁波的频率单位及转换关系3、了解电磁波的概念三、试验仪器HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台四、试验原理X-射线和伽马射线等。电磁波是电磁场的一种运动形态。变化的电场会产生磁场〔电流会产生磁场的磁场则会产生电场。而变化的电磁场在空间的传播形成了电磁波。波理论。他断定电磁波的存在，推导出电磁波与光具有同样的传播速度。1887一种电磁波，而且觉察了更多形式的电磁波，它们的本质完全一样，只是波长和频率有很大的差异。电磁波频率的分类：1甚低频〔VLF〕3～30KHz甚长波100～10km2低频〔LF〕30～300KHz长波10～1km3中频〔MF〕300～3000KHz中波1000～100m4高频〔HF〕3～30MHz短波100～10m5甚高频〔VHF〕30～300MHz米波10～1m6特高频〔UHF〕300～3000MHz分米波微波100～10cm7超高频〔SHF〕3～30GHz厘米波10～1cm8极高频〔EHF〕30～300GHz毫米波10～1mm9至高频300～3000吉赫〔GHz〕 丝米波1～0.1mm频率单位的转换关系：1GHz=103MHz=106KHz=109Hz功率比对表功率dBm电压(有效值)电压(峰值)1000000W=1MW907.07kV20kV100000W=100kW802.236kV6.325kV10000W=10kW700.707kV2kV1000W=1kW60223.6V632.5V100W5070.7V200V10W4022.36V63.25V1W307.07V20V100mW=10-1202.236V6.325V10mW=10-2100.707V2V1mW=10-30223.6mV632.46Mv100μW=10-4-1070.7mV200Mv10μW=10-5-2022.36mV63.25Mv1μW=10-6-307.07mV20mV100nW=10-7W-402.236mV6.325mV10nW=10-8W-500.707mV2mV1nW=10-9W-60223.6μV632.46μV100pW=10-10W-7070.7μV200μV10pW=10-11W-8022.36μV63.25μV1pW=10-12W-907.07μV20μV100fW=10-13W-1002.236μV6.325μV10fW=10-14W-1100.707μV2μV1fW=10-15W-120223.6nV632.46nV100aW=10-16W-13070.7nV200nV10aW=10-17W-14022.36nV70.7nV1aW=10-18W-1507.07nV20nV五、试验步骤11”N2dbm,mw3、直读出频率，计算出电磁波的波长。六、报告要求1、依据标准试验报告的格式和内容完成试验报告；2、完成数据运算及整理；试验七天线方向图的测试〔功率测试法〕一、试验目的1、了解八木天线的根本原理2、了解天线方向图的根本原理。3、用功率测量法测试天线方向图以了解天线的辐射特性。二、预习内容1、生疏天线的理论学问2、生疏功率计的测试方法三、试验仪器HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台 2套八木天线： 电磁波传输电缆： 2根四、试验原理源引向器组成的线形端射天线。八木天线有很好的方向性，较偶极天线有高的增益。用它来测向、远距离通信效果特别好。量接收天线的辐射特性。连接示意图：五、试验步骤首先将八木天线分别固定到支架上，平放至标尺上，距离保持在1米以上。〔一〕放射端1、将八木天线固定在放射支架上。2、将“输出口1”连接至放射的八木天线。3、电磁波经定向八木天线向空间放射。〔二〕接收端1、接收端天线连接至“频率功率检测”，测量接收功率。2、调整放射与接收天线距离，使其满足远场条件。3、将两根天线正对保持0度。4、记录下天线的接收功率值。5、转动接收天线，变换接收天线角度，记录下天线接收功率值。63607、填写下表。天线转动角度接收天线功率值天线转动角度 接收天线功率值0°-0°10°20°-10°-20°30°-30°40°-40°50°60°-50°-60°70°-70°80°-80°90°100°-90°-100°110°-110°120°-120°130°140°-130°-140°150°-150°160°160°-160°170°-170°180°8、打点法在以下图中标出每个点的位置：注：10dBm，-3dBm，-6dBm，-9dBm,依次递减。2、连接每个点，画出天线的主瓣及旁瓣。六、留意事项1、设置好方向后，无需按放射开关〔此时选择小功率放射。2、放射时避开人员走动，削减试验误差。31试验八电磁波的PIN调制特性一、试验目的1、了解PIN调制器的原理。2、了解调制后的输出波形。二、PIN调制的原理PIN下电导的可调制性，在脉冲调制方面得到了广泛的应用。用PIN带宽、驻波小、插损低、响应快、动态范围大的优点。三、试验设备项次设备名称数量备注1HD-CB-IV12PIN调制器13连接线假设干四、试验内容2RF1SMA电缆输出。3RF信号送至“RF4、可接示波器观看调制输出波形。5、连接示意图：6、输出波形可接天线放射出去〔作为天线方向图发端的已调放射信号〕试验九 天线方向图的测试试验一、试验目的1、了解天线方向图的根本原理。2、用电磁场电磁波测量了解天线的特性。二、预习内容1、生疏天线的理论学问。电视、雷达、导航、电子对抗、遥感、射电天文等工程系统，但凡利用电磁波来传递信息的，都依靠天线来进展工作。2、天线的方向图反映出了天线的辐射特性，一般状况下，天线的方向图表示天线辐本试验重点争论八木天线的测试方法。式天线，它有很好的方向性，较偶极天线有高的增益。三、试验设备项次设备名称数量备注1HD-CB-IV12微波天线13PIN调制器14连接线假设干四、硬件测量1、连接电路1”端口的电磁波送至PINRF1KHz至调制器“方波输入“端，”RF小，将主机后面开关切换至“选频输入”，再送至“信号输入”端，看指针的偏转。2、试验原理PIN书。天线的方向打算了选频放大器的示数。3、试验留意点大的影响。同时测试时，应避开人员的来回走动。1-3M谐”旋钮，使刻度尽量满偏。④转动天线角度，记录下角度，同时记录下选频放大器的放大示数。⑤绘制表格，参照数据，画出方向图。可参见以下图试验报告样板。五、天线方向图测试试验报告表格：1、连接好测试设备，填写下表。天线转动角度接收天线检波电压值天线转动角度 接收天线检波电压值0°10°20°30°40°50°-0°-10°-20°-30°-40°-50°60°70°80°90°100°110°-60°-70°-80°-90°-100°-110°120°130°-120°-130°140°150°160°170°-140°-150°-160°-170°180°2、依据上表所填数值，在以下圆图中描点，画出天线方向图。六、试验步骤、预备好一对八木天线或抛物面天线，PIN1”“1KHzPIN〔RF。30.5dB隔离度：大于20dB频段： 41。52，接收下来的信号为调制信号〔待检波〕60DB益”旋钮，使其刻度满偏，记录下试验数值。810-1020-20。180.-170度。取点法，绘制出测