电磁场与微波实验1
电磁场与微波测量实验报告
电磁场与微波测量实验报告学院：电子工程学院班级： 2011211207组员：王龙-2013210998刘炜伦-2013210999黄斌斌-2013211000实验一电磁波反射和折射实验一、实验目的1.熟悉S426型分光仪的使用方法2.掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法3.掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法二、实验设备与仪器S426型分光仪，金属板，玻璃板三、实验原理电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。
四、实验内容与步骤（一）金属板全反射实验1.熟悉分光仪的结构和调整方法。
2.连接仪器，调整系统。
图1 反射实验仪器的布置如图1所示，仪器连接时，两喇叭口面应相互正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。
3.测量入射角和反射角反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。
而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。
这是小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。
转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读书就是入射角，然后转动活动臂在表头上找到一最大指示，此时活动臂上的指针所指的刻度就是反射角。
如果此时表头指示太大或太小，应调整衰减器或晶体检波器，使表头指示接近满量程。
做此项实验，入射角最好取30°至65°之间，因为入射角太大或太小接收喇叭有可能直接接收入射波。
做这项实验时应注意系统的调整和周围环境的影响（二）玻璃板上的反射和折射实验步骤1、2如金属板全反射实验步骤1、2所示3、（1）测总能量：将两喇叭口正对，通过可变衰减器调整微波幅度的大小（通过电流大小来反映），尽量使其接近满偏，读出电流表读数，记录下来（2）测玻璃板反射的能量：反射玻璃板放到支座上时，应使玻璃板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。
《电磁场与微波技术实验》校园内无线信号场强特性的研究
校园内无线信号场强特性的研究实验报告学院：信息与通信工程学院一．实验目的1.掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确的测试方法；2.研究校园内各种不同环境下阴影衰落的分布规律；3.掌握在室内环境下场强的正确测量方法，理解建筑物穿透损耗的概念；4.通过实地测量，分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系；5.研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。
二．实验原理1. 电波传播方式无线通信系统是由发射机、发射天线、无线信道、接收机，接收天线所组成，对于接收者，只有处在发射信号的覆盖区内，才能保证接收机正常接收信号，此时，电波场强大于接收机的灵敏度。
因此，基站的覆盖区的大小，是无线工程师所关心的。
决定覆盖区的大小的主要因素有：发射功率、馈线及接头损耗、天线增益、天线架设高度、路径损耗、衰落、接收机高度、人体效应、接收机灵敏度、建筑群的穿透损耗、同播、同频干扰。
电磁场在空间中的传输方式主要有反射﹑绕射﹑散射三种模式。
当电磁波传播遇到比波长大很多的物体时，发生反射。
当接收机和发射机之间无线路径被尖锐物体阻挡时发生绕射。
当电波传播空间中存在物理尺寸小于电波波长的物体﹑且这些物体的分布较密集时，产生散射。
散射波产生于粗糙表面，如小物体或其它不规则物体﹑树叶﹑街道﹑标志﹑灯柱。
2. 电磁波的损耗电磁波在空间传播是不可避免地会受到各种因素的影响而产生损耗，这些损耗主要分为：建筑物穿透损耗，阴影损耗，路径损耗等。
在本实验中，我们小组做的是宿舍区的室外测量，借以研究信号的阴影损耗特点，并和其他小组实验结果对比以得出信号的建筑物穿透损耗特点。
下面主要对电磁波的阴影损耗加以讨论：信号在传播的过程中受到较大建筑物或较高的地形单位的阻挡，这样信号会产生衰落，不同时间或接受方位的遮挡情况不同，接收功率也不同，由于这种原因造成的衰落叫“阴影效应”或“阴影衰落”。
在阴影衰落的情况下，移动台与信号源的直达路径被建筑物所遮挡，它收到的信号是各种绕射、反射、散射波的合成。
电磁场与微波技术实验报告.
电磁场与微波技术实验报告班级：学号：姓名：目录目录 (2)实验2 微带分支线匹配器 (3)一、实验目的： (3)二、实验原理 (3)三、实验内容 (3)四、实验步骤 (3)实验三四分之一波长阻抗变换器 (15)实验目的 (15)实验原理 (15)单节4λ阻抗变换器 (16)多节4λ阻抗变换器 (16)实验内容 (17)实验步骤 (18)实验4 低通滤波器 (31)实验目的 (31)实验原理 (31)低通原型滤波电路 (32)Richards变换 (32)Kuroda变换 (33)实验内容 (33)实验步骤 (33)总结 (41)完成任务 (41)问题及解决 (41)心得与体会 (41)实验2 微带分支线匹配器一、实验目的：1．熟悉支节匹配器的匹配原理2. 了解微带线的工作原理和实际应用3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络二、实验原理支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。
单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d和由并联开路或短路短截线提供的电纳。
匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是Y0+jB 形式。
然后，此短截线的电纳选择为-jB，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。
双支节匹配器，通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。
三、实验内容已知：输入阻抗Zin=75欧负载阻抗Zl=（64+j35）欧特性阻抗Z0=75欧介质基片εr=2.55，H=1mm假定负载在2G赫兹时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=四分之一波长，两分支线之间的距离为d2=八分之一波长。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz 的变化四、实验步骤（一）：单支节匹配在史密斯圆图上找到等反射系数圆和g=1圆的交点，有两个点与其匹配。
电磁场与微波实验实验
λg/mm
41.6
38.9
39.5
40
λg/mm 均值
40.0
λ0/mm
30.1
6. 用直接发测量计算电压驻波比（实际测量时，读取的是电压值）
1
2
3
4
Vmax/mV
210
208
200
200
Vmin/mV
50
48
50
40
ρ
2.09
7. 按照实验原理测量计算 lmin，并求出归一化阻抗值和实际阻抗值。
DT DA l������������������ 电长度
ρ
=
Emax ������min
=
√������������mmainx
在电压驻波系数1 < ρ < 1.5时，可以测量几个节点，取平均值。
ρ = √������m������amxi1n1++������m������maxin22++⋯⋯+������m������minanxn
当驻波系数1.5 < ρ < 5，直接读出������max和������min即可。 3. 测量阻抗
2. 预热信号源。设置信号源。载波设置：频率 10GHz，功率 15dBm；调制方式设置：AM，1KHz 方 波调制，调制深度>90%。
3. 预热选频放大器。
4. 插入驻波测量线探针，将探针移到两个波节点的中点，调节谐振回路使测量放大器指示最大。
5. 将波导测量线插入终端短路，用两点法测量导波波长
1
99.25 107.60 8.35 0.208
归一化阻抗
1.54 − 0.7i
实际阻抗
77 − 35i
电磁场与微波测量实验报告一
微波工程特性参数测量实验实验一微波测量系统的使用和信号源波长功率的测量班级：2009211204小组成员：一实验目的：（1）学习微波的基本知识；（2）了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术；（3）学习用微波作为观测手段来研究物理现象。
二实验原理：本实验接触到的基本仪器室驻波测量线系统，用于驻波中电磁场分布情况的测量。
该系统由以下十一个部分组成：1.微波信号源DH1121C型微波信号源由振荡器、可变衰减器、调制器、驱动电路、及电源电路组成。
该信号源可在等幅波、窄带扫频、内方波调制方式下工作，并具有外调制功能。
在教学方式下，可实时显示体效应管的工作电压和电流的关系。
仪器输出功率不大，以数字形式直接显示工作频率，性能稳定可靠。
2.隔离器位于磁场中的某些铁氧化体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性，隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输的作用。
3.衰减器把一片能吸微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。
衰减器起调节系统中微波功率从以及去耦合的作用。
4.波长计电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本不影响波导中波的传输。
当电磁波的频率计满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。
5.测量线测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器。
由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。
在波导的宽边有一个狭槽，金属探针经狭槽伸入波导。
线开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场变化信息。
由于探针与电场平行，电场的变化在探针上就感应出的电动势经过晶体检波器变成电流信号输出。
2016四川大学电磁场与微波实验报告(模版二)
V2 = 9.325*43.65 = 4.07*10^8 > c
V3 = 9.175*44.38 = 4.12*10^8 >c
V 均大于 C，满足理论值
实验二：阻抗匹配
一、 实验目的
1.了解基本的阻抗匹配理论及阻抗变换器的设计方法。 2.利用实验模组实际测量以了解匹配电路的特性。 3.学会使用软件进行相关电路的设计和仿真，分析结果。
2）利用测量线和可变短路器来测量波长 A.实验系统连接如图二。 B.调节信号源到指定频率，调节调整 E-H 面阻抗调配器，使选频器输出最大。 C.移动测量线探针，同时适当调整放大器的增益避免在最大输出位置时使选频 放大器的表头指针打表。来回移动测量线的探针，观察传输在终端短路情况下 全反射的驻波分布情况。 用“平均法”找出两个相邻的最小点位置 D1 和 D2，即：移动探针在驻波最小 点左右找出两个具有相同幅度（由选频放大器读出）的位置 d1 和 d2，然后取 其平均值，即为所需的最小点位置 D1，用相同的方法找出相邻的最小点 D2.
二、 实验设备
项次
设备名称
数量
备注
1 MOTECH RF2000 测量仪
1 套 亦可用网络分析仪
2 阻抗交换器模组
1 组 RF2KM2-1A
(mod-2A,mod-2B)
3 50ΩBNC 连接线
2 条 CA-1、CA-2
4 1MΩ BNC 连接线
2 条 CA-3、CA-4
5 MICROWAVE 软件
D.求出最小点位置 D1 和 D2
D1=（d1+d2）/2 D2=(d3+d4）/2
相邻两个最小点的距离即为半个波导波长。D1 和 D2 的位置在测量线上通过标 尺读出，如要精确测量的话，同轴测量线可通过附件微测器，波导测量线可通 过附件千分表读出。
电磁场与微波实验实验
电磁场与微波实验实验电磁场与微波实验一（一）动画演示：电磁波在矩形波导、平行双线、同轴线中的传播特性（二）自由空间电磁波波长的测量和矩形波导截止特性的研究一．实验目的1. 了解电磁波综合测试仪的结构，掌握其工作原理。
2. 在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察与了解电磁波传播特性。
3. 熟悉并利用相干波原理，测量自由空间内电磁波波长，并确定相位常数。
4. 研究电磁波在矩形波导中的截止特性。
二．实验原理1. 自由空间电磁波波长测量两路等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内以相同或相反方向传播时，由于初始相位不同发生干涉现象，在传播路径上可形成驻波场分布。
本实验利用相干波原理，使得接收喇叭处的两路电磁波分别为：Er1=T0??c??0ijΦ1，Er2=T0??c??0ijΦ2。
其中Φ1=KL1，Φ2=KL2。
通过移动一个活动金属板B，改变两路光线的光程差，看最后的合成光的强度变化。
当=??2(2??+1)时接受指示为0，则B0值。
一般测试4~5个接受零值，再求22πλ??出测量波长的平均值。
测量移动的距离即可获得自由空间电磁波波长λ值，再根据??=波的传播常数。
2. 矩形波导的截止特性研究得到电磁实验通过观察电磁波通过开缝金属板及开孔金属板的效果来研究矩形波导的截止特性。
将发射喇叭和接收喇叭调整到同一轴线上，在两个喇叭中间安装开缝金属板和开孔金属板，金属板的法线与喇叭轴线一致。
当发射喇叭的电磁波照射到开缝金属板时，开缝金属板对于电磁波来说，相当于多个矩形波导并列的口面。
设缝宽为a,相当于波导的宽边。
点磁场方向平行于缝隙。
根据矩形波导理论，当满足工作波长λ<2a时，波能通过缝隙传播；当λ>2a时，出现截止衰减，电磁波被反射。
a越小，截止衰减越明显，反射越大，同样，对于开孔金属板，当孔径a满足2>a时，不用极化方向的电磁波截止衰减，被反射。
实验中，分别观察不同尺不同方向的开缝金属板及开孔金属板对电磁波的反射与透射效果。
四川大学电磁场与微波技术实验
电磁场与微波技术实验任课老师：陈倩魏念东学生：笔墨东韵微波实验部分一、实验目的:1.了解波导系统的几种工作状态，掌握波导元件的使用方法。
2.掌握用驻波测量线测量波导波长的方法。
3.掌握微波频率的测量方法。
4.分析和计算波导波长及微波频率。
二、实验原理进行微波测量，首先必须正确安装与调整微波测量系统。
如图给出了实验室常用的微波测试系统。
1.测量线的调整测量线是微波系统的一种常用测量仪器，他在微博测量中用途很广，可测驻波、阻抗、相位、波长等。
测量线通常由一段开槽传输线、探头（耦合探针、探针的调谐腔体和输出指示）、传动装置三部分组成。
由于耦合探针深入传入而引入不均匀性，其作用相当于在线上并联一个导纳，从而影响系统工作状态。
为了减少其影响，测试前必须仔细调整测量线实验中测量线的调整一般包括探针深度调整和耦合输出匹配（即调谐探头）。
2． 晶体检波器的工作原理在微波测量系统中，送至指示器的微波能量通常是经过晶体二极管检波后的直流或低频电流，指示器的读数是检波电流的有效值。
在测量线中，晶体检波电流与高频电压之间关系是非线性的，因此要准确测出驻波 （行波） 系数必须知道晶体检波器的检波特性曲线。
晶体二极管的电流I 与检波电压 U 的一般关系为 I=CUn式中， C 为常数， n 为检波律， U 为检波电压。
检波电压 U 与探针的耦合电场成正比。
晶体管的检波律 n 随检波电压 U 改变。
在弱信号工作（检波电流不大于10μA ）情况下，近似为平方律检波，即n=2；在大信号范围， n 近似等于1，即直线律。
测量晶体检波器校准曲线最简便的方法是将测量线输出端短路， 此时测量线上载纯驻波，其相对电压按正弦律分布， 即：max 2sin g U d U πλ⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭2-2 式中，d 为离波节点的距离，Umax 为波腹点电压，λg 为传输线上波长。
因此，传输线上晶体检波电流的表达式为2sin ng d I C πλ⎡⎤⎛⎫=⎢⎥ ⎪ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦ 2-3根据式（2-3）就可以用实验的方法得到图2-1所示的晶体检波器的校准曲线3． 波导波长的测量原理测量线的基本测量原理是基于无耗均匀传输线理论，当负载与测量线匹配时测量线内是行波；当负载为短路或开路时，传输线上为纯驻波，能量全部反射。
“电磁场与电磁波”和“微波技术”实验大纲及指导说明书
“电磁场与电磁波”和“微波技术”课内实验大纲及实验指导书唐万春，车文荃编制陈如山审定南京理工大学通信工程系2006年12月目录1．“电磁场与电磁波”课内实验大纲2．“电磁场与电磁波”课内实验指导说明书实验一电磁波参量的测定实验二电磁波的极化3．“微波技术”课内实验大纲4．“微波技术”课内实验指导说明书实验一传输线的工作状态及驻波比测量实验二微波网络散射参量测试5．“电磁场与电磁波”和“微波技术”课内实验评分标准南京理工大学实验教学大纲课程名称：电磁场与电磁波开课实验室：电磁场与微波技术实验室执笔人：唐万春审定人：陈如山修（制）订日期： 2005年4月*由学校出版、印刷的实验教材（或指导书），统一写作“南京理工大学出版”。
“电磁场与电磁波”课内实验指导书唐万春编写南京理工大学通信工程系二00六年十二月实验一电磁波参量的测定实验1.实验目的a)观察电磁波的传播特性。
b)通过测定自由空间中电磁波的波长，来确定电磁波传播的相位常数k和传播速度v。
c)了解用相干波的原理测量波长的方法。
2.实验内容a)了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点、线路结构、使用方法。
b)测量信号源的工作波长（或频率）。
3.实验原理与说明a)所使用的实验仪器分度转台晶体检波器可变衰减器喇叭天线反射板固态信号源微安表实验仪器布置图如下：体检波器图1 实验仪器布置图参阅图1。
固态信号源所产生的信号经可变衰减器至矩形喇叭天线，由喇叭天线辐射出去，在接收端用矩形喇叭天线接收，接收到的信号经晶体检波器后通过微安表指示。
b) 原理本实验利用相干波原理，通过测得的电磁波的波长，再由关系式2,k v f kπωλλ===得到电磁波的主要参量k ，v 等。
实验示意图如图2所示。
图中0r P 、1r P 、2r P 和3r P 分别表示辐射喇叭、固定反射板、可动反射板和接收喇叭，图中介质板是一23030()mm ⨯的玻璃板，它对电磁波进行反射、折射后，可实现相干波测试。
电磁场微波技术与天线实验指导书
自编教材《电磁场微波技术与天线》实验指导书长沙学院电子与通信工程系二0一0年九月实验一谐振腔法测量微波频率一、实验目的1、熟悉和了解微波测试系统的基本组成和工作原理。
2、掌握微波测试系统各组件的调整和使用方法。
3、掌握谐振腔法测频率的原理。
二、实验框图及器材1、实验框图图一谐振腔法测频率框图2、实验仪器微波信号源一台3cm测量线一台隔离器一个定标衰减器一个波长计一个检波指示器一台晶体检波器一个选频放大器一台各种负载三、实验原理谐振条件：谐振腔发生谐振时，腔长必须是半个波导波长的整数倍，此时，电磁波在腔内连续反射，产生驻波。
旋转波长表的测微头，当波长表与被测频率谐振时，将出现吸收峰。
反映在检波指示器上的指示是一跌落点，(参见图二)此时，读出波长表测微头的读数，再从波长表频率与刻度曲线上查出对应的频率。
检波指示器指示I图二波长表的谐振点曲线四、实验内容及步骤1、按图一所示的框图连接微波实验系统。
2、将检波器及检波指示器接到被测件位置上。
3、用波长表测出微波信号源的频率。
五、实验报告及要求1、实验目的与任务；2、正确画出微波测试系统的基本框图；3、说明用谐振腔法测频率的原理；4、记录实验数据，分析误差原因。
六、预习报告及要求1、实验目的与任务；2、实验所用仪器设备的功能；3、实验原理。
实验二微波功率的测量一、实验目的1、熟悉和了解微波测试系统的基本组成和工作原理。
2、掌握微波测试系统各组件的调整和使用方法。
3、掌握微波功率的测量原理，熟悉测量被测件的相对功率、绝对功率值的方法。
二、实验框图及器材1、实验框图图三功率测量微波系统框图2、实验仪器微波信号源一台3cm测量线一台隔离器一个定标衰减器一个波长计一个检波指示器一台晶体检波器一个选频放大器一台波导开关一个功率计一台功率头一个各种负载三、实验原理在波导管中传输的微波通过衰减器时，可以衰减部分传输功率，沿着宽边改变衰减器的移动吸收片可改变衰减量的大小。
电磁场与微波技术实验教案
电磁场与微波技术实验教案第一章：电磁场基本概念1.1 电磁场的基本性质电场和磁场的基本概念电磁场的分布和边界条件电磁场的能量和动量1.2 电磁波的产生和传播电磁波的数学描述电磁波的产生和发射电磁波在自由空间和介质中的传播特性第二章：电磁场计算方法2.1 静电场的计算静电场的基本方程格林函数法求解静电场有限差分法求解静电场2.2 稳恒磁场的计算磁场的基本方程安培环路定律的应用毕奥-萨伐尔定律的应用第三章：微波技术基本概念3.1 微波的基本特性微波的频率范围和波长微波的传播特性微波的波动方程3.2 微波传输线传输线的分类和特性传输线方程和阻抗匹配传输线的设计和应用第四章：微波电路和组件4.1 微波放大器放大器的基本原理和分类放大器的稳定性和平衡性放大器的频率特性和线性度4.2 微波振荡器振荡器的基本原理和分类振荡器的稳定性和频率控制振荡器的应用和实例第五章：微波测量技术和设备5.1 微波功率测量功率测量的基本原理和仪器功率计的使用和校准功率测量的误差分析5.2 微波频率测量频率测量的基本原理和仪器频谱分析仪的使用和操作频率测量的误差分析第六章：微波天线基本原理6.1 微波天线的分类和特性天线的基本概念和参数偶极子天线、log-periodic 天线和Yagi-Uda 天线等常见天线的设计和性能天线方向图的分析和计算6.2 天线阵列和波束形成天线阵列的基本原理和分类波束形成技术及其在通信系统中的应用MIMO 技术中的天线阵列设计与优化第七章：微波通信系统7.1 微波通信基本原理微波通信的优点和缺点微波通信系统的组成和工作原理调制解调技术在微波通信中的应用7.2 微波通信链路设计与优化链路预算和信号传输分析馈线、塔放和天线的选择与配置抗干扰技术和信道编码的应用第八章：微波滤波器与振荡器8.1 微波滤波器设计滤波器的基本原理和分类微波滤波器的设计方法和技巧滤波器的频率特性和插入损耗的测量8.2 微波振荡器设计振荡器的基本原理和分类晶体振荡器和表面声波振荡器等高频振荡器的特性振荡器的频率稳定性和相位噪声第九章：微波电路仿真与设计软件9.1 微波电路仿真软件概述微波电路仿真软件的分类和功能ADS、CST 和HFSS 等微波电路仿真软件的使用方法和技巧微波电路仿真与实际测量结果的对比和分析9.2 微波电路设计与优化实例微波放大器、振荡器和滤波器等电路的设计与优化微波天线和通信系统等应用案例的分析与实践第十章：实验操作与安全注意事项10.1 实验操作流程实验前的准备工作与实验操作流程实验数据采集与处理方法10.2 实验室安全注意事项实验室电器设备的使用与维护实验室化学品的安全存放与处理实验室事故应急预案与处理措施重点和难点解析重点环节1：电磁波的产生和传播电磁波的数学描述：需要理解麦克斯韦方程组对电磁波描述的重要性，以及如何根据边界条件和初始条件求解电磁波的分布。
电磁场与微波实验指导书(实验一)
实验一 微波基础计算器与MWO 软件熟悉一、 实验目的1. 掌握传输线（长线）基本理论；2. 熟练掌握Smith 圆图的工作原理；3. 熟练使用微波技术基础计算器计算单枝节线匹配。
4. 熟悉MWO 软件界面和基本操作。
二、 实验原理微波技术基础计算器是以微波计算为基础的进行专业计算的工具。
实现了微波技术基础理论中长线（传输线）理论、Smith 圆图、网络理论等部分的计算。
此计数器共包括：长线上任意点输入阻抗、反射系数、行波系数、驻波比的计算；smith 圆图的绘制；任意长线和负载的单枝节匹配；双口网络S 、Z 、Y 、A 参数的相互转换。
1、长线理论基础知识回顾：--微波传输线（长线）理论 (Q1: 传输线理论中基本物理量是什么？)电压波与电流波（入射与反射）关系：()()()1()()()[]ββββ+--+-+--+-=+=+=+=-j z j zj z j z V z V z V z V e V e I z I z I z V e V e Z 理想(无耗)均匀传输线的传输特性归结为两个实数：传播常数β和特性阻抗Z 0。
传输线理论三套参量：输入阻抗Z in ，反射系数Γ，驻波参量（驻波系数ρ和最小距离l min ）三套参量间的换算关系：000tan()()()tan()()l in l Z jZ l V z Z z Z Z jZ l I z ββ+==+ 00()()()()()j in in Z z Z V z z e Z z Z V z θ-+-Γ==Γ=+ max min min min 11(0)442g ggl V V l l ρλλλθπ+Γ==-Γ=+≤≤三套参量同时一个单位圆内表示1）由横坐标表示反射系数实部，纵坐标表示反射系数虚部，构成反射系数复平面；2）对于一个无耗均匀传输线，其反射系数的模是不变的，变化的是位相（位置）构成反射系数同心圆；以负载为参考面向源移动时，位相角减少，顺时针转动3）驻波系数在反射系数复平面上也是同心圆，4) 阻抗在反射系数复平上表示时要归一化；某一点的阻抗由经过该点的等电阻圆与等电抗弧线确定。
电磁场与微波技术实验报告
电磁场与微波技术实验报告
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华北电力大学
实验报告
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实验名称仿真实验一：Smith圆图的仿真
课程名称电磁场与微波技术
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专业班级：学生姓名：
学号：成绩：
指导教师：实验日期：
验证性、综合性实验报告应含的主要内容：
一、实验目的及要求
二、所用仪器、设备
三、实验原理
四、实验方法与步骤
五、实验结果与数据处理
六、讨论与结论<对实验现象、实验故障及处理方法、实验中存在的问题
等进行分析和讨论，对实验的进一步想法或改进意见）b5E2RGbCAP
七、所附实验输出的结果或数据
设计性实验报告应含的主要内容：
一、设计要求
二、选择的方案
三、所用仪器、设备
四、实验方法与步骤
五、实验结果与数据处理
六、结论<依据“设计要求”）
七、所附实验输出的结果或数据
* 封面左侧印痕处装订
为半径的圆。
那么不同的反射系数出，这是一个直线方程，表明在复平面上等反射系数幅角线是由将。
我们把前面所讲的四种轨迹画在一张极坐标图上，
文件下的Sch1,在右侧空白处建立电路图，如下图所New Item>Analyses>Add linear Analysis。
申明：
所有资料为本人收集整理，仅限个人学习使用，勿做商业用途。
电磁场与微波技术实验教案
电磁场与微波技术实验教案一、实验目的1. 理解电磁场的基本概念和特性2. 掌握电磁波的产生、传播和接收原理3. 学习微波技术的应用及其在通信、雷达等方面的基本原理4. 培养实验操作能力和实验数据分析能力。
二、实验原理1. 电磁场的基本方程和边界条件2. 麦克斯韦方程组的时域和频域表示3. 电磁波的传播特性：波速、波长、频率、相位等4. 微波的基本概念：微波的产生、传输、辐射和检测5. 微波器件的基本原理和工作特性：放大器、振荡器、滤波器、混频器等三、实验设备与器材1. 电磁场与微波技术实验装置2. 信号发生器3. 示波器4. 网络分析仪5. 频谱分析仪6. 微波天线7. 测量仪器与工具：电压表、电流表、功率计等四、实验内容与步骤1. 实验一：静电场的测量a. 建立静电场模型b. 使用电场测量仪器进行场强测量c. 分析实验数据，验证库仑定律2. 实验二：电磁波的产生与接收a. 使用信号发生器产生电磁波b. 通过天线发射并接收电磁波c. 分析接收到的电磁波信号，研究其传播特性3. 实验三：微波传输特性测试a. 搭建微波传输线路b. 使用网络分析仪测量传输特性c. 分析实验数据，研究微波传输的损耗和反射特性4. 实验四：微波放大器的设计与测试a. 设计微波放大器电路b. 搭建放大器并进行测试c. 分析测试结果，研究放大器的性能指标5. 实验五：微波振荡器的设计与测试a. 设计微波振荡器电路b. 搭建振荡器并进行测试c. 分析测试结果，研究振荡器的频率稳定性和幅度特性五、实验报告要求1. 实验目的、原理、内容与步骤的描述2. 实验数据的采集、处理与分析3. 实验结果的图表展示4. 实验结论与思考题5. 参考文献列表六、实验六：微波谐振腔的特性测量1. 实验目的了解微波谐振腔的基本原理和特性学习使用频谱分析仪进行谐振腔的测量分析谐振频率、Q值等参数2. 实验原理微波谐振腔的TE和TM模式谐振频率与Q值的关系谐振腔的驻波比和匹配特性3. 实验设备与器材微波谐振腔频谱分析仪匹配网络测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建微波谐振腔测试系统调整匹配网络，实现谐振腔的匹配使用频谱分析仪测量谐振频率和Q值分析实验数据，研究谐振腔的特性5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论谐振腔的匹配和特性七、实验七：微波滤波器的设计与测试1. 实验目的学习微波滤波器的设计方法掌握微波滤波器的测试技术分析滤波器的频率响应和阻带特性2. 实验原理微波滤波器的设计原则和方法滤波器的频率响应和阻带特性滤波器的插入损耗和带外抑制3. 实验设备与器材微波滤波器设计软件网络分析仪微波无源器件测量仪器与工具4. 实验内容与步骤使用微波滤波器设计软件设计滤波器搭建滤波器测试系统使用网络分析仪测量滤波器的性能参数分析实验数据，验证滤波器的设计效果5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论滤波器的性能和应用八、实验八：微波振荡器的设计与测试1. 实验目的学习微波振荡器的设计原理掌握微波振荡器的测试技术分析振荡器的频率稳定性和幅度特性2. 实验原理微波振荡器的工作原理振荡器的频率稳定性和幅度特性晶体振荡器的选用和测试3. 实验设备与器材微波振荡器设计软件网络分析仪微波无源器件测量仪器与工具4. 实验内容与步骤使用微波振荡器设计软件设计振荡器搭建振荡器测试系统使用网络分析仪测量振荡器的性能参数分析实验数据，验证振荡器的性能5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论振荡器的性能和应用九、实验九：微波通信系统的性能测试1. 实验目的了解微波通信系统的基本组成学习微波通信系统的性能测试方法分析通信系统的传输损耗和误码率2. 实验原理微波通信系统的基本组成和工作原理通信系统的性能指标：传输损耗、误码率等通信系统的测试方法和测试仪器3. 实验设备与器材微波通信系统装置网络分析仪误码率测试仪测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建微波通信系统测试平台使用网络分析仪测量传输损耗使用误码率测试仪进行误码率测试分析实验数据，评估通信系统的性能5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论通信系统的性能和改善方法十、实验十：微波雷达系统的原理与实验1. 实验目的了解微波雷达系统的基本原理学习微波雷达系统的十一、实验十：微波雷达系统的原理与实验1. 实验目的了解微波雷达系统的基本原理学习微波雷达系统的工作方式和应用进行微波雷达实验，验证雷达原理2. 实验原理微波雷达系统的工作原理：发射、反射、接收雷达信号的处理：距离、速度、方位的确定脉冲多普勒雷达和连续波雷达的原理3. 实验设备与器材微波雷达实验装置雷达天线信号处理设备示波器测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建微波雷达实验系统进行雷达发射和接收实验分析雷达信号，确定目标的位置和速度讨论雷达系统的性能和应用5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论雷达系统的原理和应用十二、实验十一：卫星通信系统的原理与实验1. 实验目的了解卫星通信系统的基本原理学习卫星通信系统的组成和工作方式进行卫星通信实验，验证通信效果2. 实验原理卫星通信系统的基本原理和组成卫星信号的传输和接收卫星通信系统的性能指标和优化3. 实验设备与器材卫星通信实验装置卫星天线信号处理设备示波器测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建卫星通信实验系统进行卫星信号的发射和接收实验分析卫星通信信号，评估通信效果讨论卫星通信系统的性能和应用5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论卫星通信系统的原理和应用十三、实验十二：光纤通信系统的原理与实验1. 实验目的了解光纤通信系统的基本原理学习光纤通信系统的组成和工作方式进行光纤通信实验，验证通信效果2. 实验原理光纤通信系统的基本原理和组成光纤信号的传输和衰减光纤通信系统的性能指标和优化3. 实验设备与器材光纤通信实验装置光纤信号处理设备示波器测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建光纤通信实验系统进行光纤信号的发射和接收实验分析光纤通信信号，评估通信效果讨论光纤通信系统的性能和应用5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论光纤通信系统的原理和应用十四、实验十三：射频识别系统的原理与实验1. 实验目的了解射频识别（RFID）系统的基本原理学习射频识别系统的组成和工作方式进行射频识别实验，验证识别效果2. 实验原理射频识别系统的基本原理和组成RFID标签和读写器的通信过程射频识别系统的性能指标和优化3. 实验设备与器材射频识别实验装置RFID标签和读写器信号处理设备示波器测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建射频识别实验系统进行RFID标签的读取和写入实验分析射频识别信号，验证识别效果讨论射频识别系统的性能和应用5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论射频识别系统的原理和应用十五、实验十四：无线传感网络的原理与实验1. 实验目的了解无线传感网络的基本原理学习无线传感网络的组成和工作方式重点和难点解析本文主要介绍了电磁场与微波技术实验教案，共包含了十五个章节。
电磁场与微波技术实验教程 第1章
二、
平面电磁波沿轴线前进没有Ez分量， 一般情况下， 存 在Ex分量和Ey分量。 如果Ey分量为零， 只有Ex分量， 则称 其为x方向线极化； 如果只有Ey分量而没有Ex分量， 则称其 为y方向线极化。
一般情况下， Ex和Ey都存在， 在接收此电磁波时， 将 得到包含水平与垂直两个分量的电磁波。 当这两个分量的
(1.1.2)
J
E
E
因为方程组(1.1.1)与方程组(1.1.2)在形式上完全相似， 所以Φ′(静电场中的电位分布函数)与Φ(恒定电流场中的电位 分布函数)应满足同样形式的微分方程。 由方程组(1.1.1)和 方程组(1.1.2)很容易求得
( ) 0 ( ) 0
(1.1.3) (1.1.4)
图1.1.2 静电场测试电路
五、 1.
2. 本实验方法很简单， 但它是工程上很有效的一种方法。 因此， 除测出所需点电位分布外， 还要深入理解有关的一 些问题。 在做实验报告时除一般要求内容数据外， 还要回 答下列问题： (1) 将平行板电容器的被测模型所测的数据画成距离－ 电位图， 与平行板电容器理论上的距离－电位比较， 并解 释为什么在Y=0及Y=10 cm附近(“电极”附近)电位有急剧变 化。 (2) 若要模拟有边缘效应的情况， 其被测模型应如何改
E
Ex2 Ey2
Ex2m
E
2 ym
cos(t
kz
1)
电场分量与x轴的夹角α为
(1.3.3)
arctan Ey arctan Eym 常数
Ez
Exm
(1.3.4)
(2) 如果φ1与φ2的相位差为90°或270°， 则
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5、利用MWO完成非线性二极管检波器设计。
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实验步骤
1、打开微波基础计器，熟悉其主界面
图1 微波计算器主界面
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2、选择图1中所示的“长线”工具。出现如图2所示的窗口。
图2 长线理窗口
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设置特性阻抗为50欧姆，负载阻抗我们选择 100－j 50，波长输入1，线长输入5，此处波长与 线长都为相对值，鼠标拖动长线上绿点标记，计 算线长Z为2.2、3、4.6三处的输入阻抗和反射系 数，驻波比，并且通过《电磁场与电磁波》教材 上相应的传输线公式和反射系数公式验证。
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创建一个新的电路原理图：右键单击Project View界面下的Circuit Schematics，点击New Schematics，建立一个空白的原理图；选择Elem Browser，按下图完成原理图。 左键单击Elem标签，在Nonlinear中选择 Diode，此时下方窗口将出现一些Diode元件；选 择窗口中的Sdiode元件，将其拖入原理图；重复 上面步骤，将Sources中的ACVS，Lumped Element中的RES，MeasDevice中的V_meter拖进 原理图。最后如图进行连线；在原理图的任何图 表符号上，双击左键可编辑参变量，完成原理图 中元件参数设置。
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可对仿真过程中的 各种项目进行管理
System Diagrams： EM Structures:
Circuit Schematics： 电路仿真选项
器件或元件库，微带器 Output Equations： 件原型等 元件参量管理
Graphs： Optimizer Goals： Yield Goals:
电磁场与微波实验
仿真部分
Copyright By 杭州电子科技大学光纤通信网实验室 @2011
实验一 微波基础计算器与MWO软件熟悉
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教学内容安排
实验目的
实验原理
实验内容
实验步骤
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实验目的
•利用微波技术基础计算器实现长线上任意点 输入阻抗、反射系数、行波系数、驻波比的 计算； •利用微波技术基础计算器实现长线Smith圆 图的自动和手工绘制； •利用微波技术基础计算器实现长线上任意长 线和负载的单枝节匹配； •熟悉MWO软件界面和基本操作。
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内置丰富的元件库
MWO引入了许多微波元器件模型，包括集总元件
、分布参数元件，各种同轴、波导转接头，有源
、无源等器件模型等等。所以，该软件涵盖内容十
分广泛，几乎包括了微波设计的所有内容。MWO 是通过两个模拟器来对微波平面电路进行模拟和仿 真的。对于由集总元件构成的电路,用电路的方法 来处理较为简便。
显示出来之前对其进行信息处理的
Project Options
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Circuit Elements:用于电路原理图的仿真 Lumped Elements：常用的分立元件 Microstrip：微带线，包括线形微带线、耦 合微带线等，元件的名称以M开头
Element Browser
Substrates ：仿真实际电路板制板所用的 基板特性,参数包括介质厚度、金属厚度 良好的 等 Subcircuits：支电路
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Microwave office 2003的工作过程及原理 简介
Microwave office是在PROJECT VIEW中的SCHEMATIC输 入电路原理图或NETLIST输入文字说明的电路文件；电路原理 图或网络表输入以后，程序首先用输入子程序如电路文件，构 成数据结构。 输入子程序后，执行建立子程序。该子程序主要用于构成指针
电路，并结合了EMSight电磁分析与布线功能。
软件主要包括三大部分：Microwave Office（MWO
）、Visual System Simulator（VSS）、Analog
Office。
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主要特点（续一） MWO适合于线性、非线性以及MMIC等微波电
路的设计。软件包括了线性、谐波平衡、时域、
菜单栏
工具栏
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Design Explore
Design Notes： Project Options： 为工程设计备忘录 为项目确定整体属性
Global Definitions： 用来设置全局变量，包括 所有用来对参数赋值的方程和函数 。 Data Files： 为数据文件组 系统仿真选项 用来控制EM仿真的参数 测量数据用表或图的形式 代表了MWO的输出 优化目标。 生产优化技术指标。
4
Z n0 Zin Z0 Rl
容易得到匹配段的特性阻抗
Z n 0 R l Z0
再次注意到：只有匹配区才无反射波。
匹配区 Z0 匹配区外 Z0 `
Zl=Rl
l/4
电阻性负载匹配
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任意负载匹配：
方法一：四分之波长转换线法
A
B
C
D
Rg Eg
Z0
Z 01
Z0
ZL
4
L
任意负载负载匹配
•终端短路传输线相当于一个纯电抗 •在主传输线上并联一个短路面位置可调的支 路传输线，相当并联一个可变电抗。 •在主线上输入阻抗电阻等于特性阻抗的位置 并联短路枝节线。 •调节枝节线长短，使得枝节线和主线并联的 输入阻抗等于特性阻抗。
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实验内容
1、设置特性阻抗为50欧姆，负载阻抗我们选择 100－j 50，波长输入1，线长输入5，此处波长与 线长都为相对值，计算线长Z为2.2、3、4.6三处 的输入阻抗和反射系数，并且通过《电磁场与电 磁波》教材上相应的传输线公式和反射系数公式 验证。
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方法二：短路单枝节法
Rl` Z0 Zl=Rl+jXl
B -j `= n` Yi
l
Yin=1
Yin`=1+jB d
Yl=Gl+Bl
短路单枝节匹配
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i 向电源 Zl Y1
0 0.192 匹配圆
0.0 0.6
r Y1`
0.308
Yl
0.412
短路单枝节匹配原理
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并联短路枝节线匹配原理：
2、在反射系数中输入0.441＋j 0.073，归一 化电阻输入“2”，归一化电抗输入“－1”， 画出阻抗圆图。
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3、使用微波基础计算器计算特性阻抗为 50 欧姆， 负载阻抗为 200+150j，取波长为 1 线长为 4（波 长线长为相对值）。计算线长 Z 为 2.5 和 3.5 两 处的输入阻抗和反射系数。并画出 Z 为 2.5 时的 阻抗圆图。 4、特性阻抗为50欧姆，终端负载为50+j 100， 使用单枝节匹配，求枝节的位置d和长度L。
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Hale Waihona Puke 204、选择图1中所示的“匹配”工具，会相应 出现图5所示的窗口。
图5 单枝节匹配
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设特性阻抗为50欧姆，终端负载为50+j 100，工作波长填1，勾选阻抗圆图使用单枝节 匹配，求枝节的位置d和长度L。并应用《电磁 场与电磁波》相关公式计算验证之。
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4、打开软件AWR Design Environment。熟悉 MWO Microwave office 是美国AWR公司最新开发的射频 、微波仿真软件，主要用于设计线性、非线性的微波
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3、关闭长线对话框。选择图1中所示的“阻抗” 工具，会相应出现图3的阻抗圆图窗口。
图3 阻抗圆图
在反射系数中输入0.441＋j 0.073，归一 化电阻输入“2”，归一化电抗输入“－1”， 画出阻抗圆图，标出该点在阻抗圆图上的位 置。
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选择长线工具，特性阻抗设为 50 欧姆，负载阻 抗为 200+150j，取波长为 1 线长为 4（波长线长 为相对值）。点“计算”。同时打开阻抗工具，选 择“自动获取数据”、“窗体半透明”和“自动刷 新”三个选项。此时圆图的数据便实时的直接来自 与长线计算器的计算结果。拖动长线计算器绿点的 位置时，观察阻抗圆图的变化。找到相应波节点和 波腹点位置。
1 Vmax 1 Vmin lmin
g g l 4 4
(0 lmin
g
2
)
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7
纯电 阻
纯电 抗
短路 点
开路 点
匹配 点
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阻抗匹配大致分成两类：电阻性负载匹配和任意 负载匹配。电阻性负载指的是Zl=Rl≠Z０，最常见的是 采用1 线匹配，有 2
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Zl jZ 0 tan( l ) V ( z ) Zin ( z ) Z 0 Z 0 jZl tan( l ) I ( z )
V ( z ) Zin ( z ) Z0 ( z ) e j L e jL 2 z V ( z ) Zin ( z ) Z0
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左键双击Project Options，出现属性对话框；点击 Frequency Values，改变单位为MHZ，且选择Single Point 复选框，且在Point文本框中输入500（MHZ），点击 Apply键确定。
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添加输出图表
右键单击Project View中的Graphs，点击Add Graphs，选择矩形框，命名为Graph1。然后为新建 的矩形图框添加测量，右键单击Graph 1，单击Add Measurement，出现Add Measurement对话框。在对 话框的Meas.Type中选择Nonlinear Voltage， Measurement选择Vtime， Data Source Name默认， Measurement Component选择ACVS.V1， Offest选择 FirstPoint，单击Apply。如下图所示。然后再改变 Measurement Component，选择V－Meter. VM1，最 后OK 按钮确定。