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电磁场电磁波实验指导书盐城工学院信息学院盐城工学院电磁场与电磁波实验指导书1目录第一章产品说明.........................................................................................................................2一、系统简介.............................................................................................................................2二、系统特点.............................................................................................................................2三、系统组成.............................................................................................................................2四、系统性能指标....................................................................................................................3五、系统主要部件参数............................................................................................................3第二章实验内容.......................................................................................................................5实验一电磁感应定律的验证及电场中位移电流的测量.......................................................5实验二同轴测量线导体内驻波特性测试............................................................................8实验三反射系数及驻波相位的测试....................................................................................10实验四电场中位移电流的测试及计算..................................................................................12实验五电磁波的偏振及极化测试..........................................................................................15实验六电磁波的迈克尔逊干涉..............................................................................................19实验七电磁波的频率功率测试..............................................................................................23盐城工学院电磁场与电磁波实验指导书2第一章系统说明一、系统简介电磁场电磁波及天线技术是电子信息工程、电磁场与电磁波、微波技术、天线技术类专业必不可少的一门实验课程，本系统包含功率计、频率计、方波信号产生，电磁波产生器、功率放大器、选频放大器等，具有电磁波极化特性测试，天线方向图测试、静电场中位移电流测试等多种功能，加深学生对电磁波产生、（调制）、发射、传输和接收、（检波）过程及终端设备相关特性的认识，培养学生对电磁场电磁波及天线应用的创新能力。二、系统特点1、测试系统面向《电磁场与电磁波》的课程建设，紧密配合教学大纲，通过直观生动的实验现象，完成对电磁场与电磁波相关特性的测试。2、系统内置1KHz方波可调信号源、选频放大器，在完成对电磁波PIN调制功能的同时，可用于对天线方向图的测试,而无需选配其他实验装置。3,系统自带同轴开槽测量线，测量电磁波在同轴线导体内的传输特性，如：驻波，全反射，波节，波幅等参数。4、采用数字显示方式，在提高准确性的基础上，更能方便感应器在任何位置归零，直接读取数值，提高测试精度，减小读数给测试带来的误差。5、本装置电磁波发射可选大功率或低功率两路输出，方便做不同实验时的自由切换，输出端口均为标准的N型接头。6、测试系统自带频率计及功率计，用于对发射电磁波频率功率的测试及校准。7、自带波长计算功能，液晶界面直接显示。8、完成电磁波的极化特性测试、场电流的测试及终端天线增益的测试功能。9、通过实验现象可观测入射电磁波及反射电磁波叠加形成的驻波现象，测试电磁波的波长及频率。配置同轴式驻波测量槽线，可测试驻波参量，反射系数及电磁波的频率。10、该测试系统融基础性、验证性与设计性于一体，由浅入深的引导学生完成电磁场电磁波及天线相关知识的学习，将抽象的理论知识通过实验现象反映出来，同时通过计算加以分析。三、系统组成盐城工学院电磁场与电磁波实验指导书3本实验系统由电磁波发射器（主设备）、选频放大器（内置）、功率计（内置）、频率计（内置）、同轴测量线（外接，选配）、数字液晶显示测量标尺、支撑架、极化天线、反射板、移动滑板、感应天线等组成。四、系统性能指标1、工作频率范围：760MHz-1000MHz（可根据客户要求定制）2、发射功率：33dBm3、整机功耗：40W4、标尺精度：0.01mm5、长度量程：100CM6、旋转测量精度：1°7、极化测量量程：180°五、系统主要部件参数1、电磁波发射器工作频率：1GHz左右，幅度频率均定制；电平值：35dBm；频率稳定度：±5ppm2、方波发生器工作频率：1KHz可调；幅度：0.1V-4V可调3、电磁波功率计频率测试范围：输入信号频率5MHz-8GHz；功率测试范围：-30dBm-10dBm；显示：数码管显示4、电磁波频率计盐城工学院电磁场与电磁波实验指导书4频率测试范围：450MHz-3GHz；显示：液晶显示5、多极化天线（SMA接头）参数：包含水平极化，垂直极化和圆极化（选配）三种极化方式6、显示方式：数字液晶显示，可在任意位置归零，直观读取相对值和绝对值。7、选频放大器（内置）输入信号频率：1KHz；灵敏度：0.1mv；增益：0-60dB可调（兼具微调功能）8、同轴测量线（选配，外接）频率范围：700MHz-1.6GHz；阻抗：50Ω；耐功率：≥100W9、PIN调制器射频输入：300MHz-3GHz；方波输入：800Hz-1.2KHz10、电流微安表参数：测试范围：0.1uA-10uA盐城工学院电磁场与电磁波实验指导书5第二章实验内容实验一电磁感应定律的验证一、实验目的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、了解线天线基本结构及其特性三、实验仪器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：1套平板极化天线：1副半波振子天线：1副感应灯泡：1个四、实验原理麦克斯韦电磁理论经验定律包括：静电学的库仑定律，涉及磁性的定律，关于电流的磁性的安培定律，法拉第电磁感应定律。麦克斯韦把这四个定律予以综合，导出麦克斯韦方程，该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。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：电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元可以辐射电磁波，故又称为元天线，元天线是最基本的天线。电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等。盐城工学院电磁场与电磁波实验指导书6本实验重点介绍其中的一种半波天线。半波天线又称半波振子，是对称天线的一种最简单的模式。对称天线（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，它具有结构简单和馈电方便等优点。半波振子因其一臂长度为λ/4，全长为半波长而得名。其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到，于是可得半波振子（L=λ/4）的远区场强有以下关系式：│E│=[60Imcos(πcosθ/2)]/R。sinθ=[60Im/R。]│f(θ)│式中，f(θ)为方向函数。对称振子归一化方向函数为│F(θ)│=│f(θ)│/fmax=|cos(πcosθ/2)/sinθ|其中fmax是f(θ)的最大值。由上式可画出半波振子的方向图如下:半波振子方向函数与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8字形，最大辐射方向为θ=π/2，且只要一臂长度不超过0.625λ，辐射的最大值始终在θ=π/2方向上；若继续增大L，辐射的最大方向将偏离θ=π/2方向。五、实验步骤（一）测量电磁波发射频率1、用N型电缆直接将“输出口1”连接至“功率频率检测口”。2、在液晶界面上同时显示出发射功率及频率。3、已知电磁波发射源的频率F,求得波长：λ=FV光，比如，电磁波发射源频率为900MHz,盐城工学院电磁场与电磁波实验指导书7则：λ=FV光=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=8.25cm4，电磁波波长也可由液晶界面波长计算公式直接计算得出。（二）制作半波振子天线1、剪下一段铜丝，按计算得到尺寸剪下2段铜丝。2、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1、按下发射开关，将“输出口2”与极化天线通过SMA电缆相连，电磁波经传输电缆，经天线发射后在空中传输2、灯泡被点亮，验证了电磁场的存在。六、注意事项1、漆包线铜丝需将末端的漆刮掉，保持导电性良好。2、铜丝避免弯折。七、报告要求1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告；2、完成数据运算及整理；3、更换天线种类进行制作；盐城工学院电磁场与电磁波实验指导书8实验二同轴测量线导体内驻波特性测试一、实验目的1、在学生已经掌握微波传输理论的基础上动手进行测试。2、主要了解负载阻抗与传输线特性阻抗不匹配时可产生的驻波变化。3、掌握电磁波在同轴线导体内传输及驻波特性4、掌握同轴线导体内的驻波计算方法，并进行分析二、预习内容1、了解同轴传输线的结构。2、了解驻波的产生原理。三、实验设备1、HD-CB-IV：1套2、隔离器：1只3、主槽线：1套4、检波器：1只5、检波表头1只6、同轴电缆：1套7、短路块：1只四、主要性能指标1、微波源：频率820MHz±70MHz输出功率：2W－3W2、隔离器：损耗≤0.5dB隔离度≥25dB3、同轴负载：阻抗50欧姆功率：5W驻波≤1