电磁场微波实验指导书(电子专业)
电磁场与电磁波实验指导书(参考)
电磁场与电磁波实验指导书目录实验一电磁波感应器的设计与制作实验二电磁波传播特性实验实验三电磁波的极化实验实验四天线方向图测量实验实验一电磁波感应器的设计与制作一、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律？2、什么是电偶极子？3、了解线天线基本结构及其特性。
二、实验目的1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用。
2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。
3、理解电磁波辐射原理。
三、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。
电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。
能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。
图1 电磁感应装置如果将另一付天线置于电磁波中，就能在天线体上感生高频电流，我们可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，感应电动势越大。
如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。
接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁感应装置，如图1所示。
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，如图2所示。
图2 接收天线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/4λ，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：()cos(cos )sin I I E f r rθπθθ==60602 式中，()f θ为方向性函数，对称振子归一化方向性函数为：()()maxcos(cos )sin f F f θθπθθ==2 其中max f 是()f θ的最大值。
电磁场实验指导书
电磁场实验讲义实验一 二线输电线静电场的造型 一、试验目的：1.学习两维电场模拟的原理与方法。
2.通过测量等位线及绘制电力线，学习电场图形的描绘方法。
二、实验原理（见教材静电模拟一节） 三、实验内容及步骤1、 将方格纸和导电纸的相对位置固定好，定好方格纸的坐标原点及x 轴y 轴。
2、连接线路，调节电源电压为9V ，依次测绘对电源负极电位分别为1V 、2V 、3V 、4V 、4.5V 、5V 、6V 、7V 、8V 时的各等位线。
四 实验原理1. 两导线电轴之间的电场是平行平面场;2. 电力线与等位线正交, 由于两线输电线的等位线方程为22222)12(2)11(-=+-+-K bK y b K K x所以得电力线方程为:2222)(c b c y x +=++3. 利用静电比拟原理, 使用电流线模拟电力线. 五、实验设备1.模拟试验台一套（导电纸半径为90mm ，电极半径为6.5mm ，电极几何中心连线构成的弦对应的圆心角为120）直流稳压电源一台; 数字万用表一只六、总结报告要求1.在实验用的方格纸上描绘等位线。
2.根据实验测得的等位线，描绘电力线，并与理论计算所得的电力线进行比较。
3.根据实验结果，试分析主要是哪些因素影响本实验精度？你认为这些因素是否可以解决。
实验二 接地电阻的研究 一、试验目的：1.学习用模拟实验的方法研究场的问题。
2.研究接地电阻与接地器的形状、大小以及埋入深度的关系。
3.观察接地器周围导电媒质表面上电位的分布。
二、原理与说明1.接地电阻指电流由接地装置流入大地再经大地向远处扩散时所遇到的电阻。
接地电阻主要是接地体到无限远处的大地的电阻，而接地线和接地体本身的电阻一般可以忽略。
对于半球埋地的接地器的电阻，可以用镜像法求解。
对于整个球埋入地下，而地面的影响又不可以忽略时，也可以用镜像法近似求解。
实际工作中，会遇到一些问题，它们既难通过实验获得满意的解答，又不便于实地测量，这类问题可以用“模拟法”研究。
《电磁场与电磁波》实验指导书.
北方民族大学Beifang University of Nationalities 《电磁场与电磁波》实验指导书主编赵霞校对楚栓成北方民族大学电气信息工程学院二○一五年八月目录电磁场与电磁波实验系统介绍 (3)实验一电磁波参量的测量 (6)实验二电磁波的极化特性 (8)实验三电磁波反射与折射 (11)《电磁场与电磁波》实验系统简介一、概述ＤＨ９２６B型微波分光仪可作为电磁场与波的波动实验，适合于高等院校和中等专业学校作教学实验。
因此，《电磁场与电磁波》实验系统就采用了现已经有的ＤＨ９２６B型微波分光仪作为本课程的实验系统。
二、实验系统简介：本实验系统主要由ＤＨ９２６B型微波分光仪和DH1121B 3cm固态信号源组成。
1. 微波分光仪（如图一所示）图一微波分光仪（2）主要元件性能喇叭天线的增益大约是20分贝，波瓣的理论半功率点宽度大约为：H面是200，E面是160。
当发射喇叭口面的宽边与水平面平行时，发射信号电矢量的偏损方向是垂直的。
可变衰减器用来改变微波信号幅度的大小，衰减器的度盘指示越大，对微波信号的衰减也越大。
晶体检波器可将微波信号变成直流信号或低频信号（当微波信号幅度用低频信号调制时）。
当以上这些元件连接时，各波导端应对齐。
如果连接不正确，则信号传输可能受破坏。
（3）安装与调整（参照图一所示）本仪器为了便于运输、包装，出厂包装时将分度转台做了必要的拆卸，用户在使用前需做如下安装与调整。
①基座（即喷漆的大圆盘）的安装：将Φ40.5的孔向上，将四个支脚按图安置在基座上。
②固定臂的安装：在包装箱中有固定臂取出，将固定臂头部的 4个 M5螺钉通过基座（即喷漆的大圆盘）。
四个沉孔拧入固定臂上并将指针摆正。
③活动臂的安装：将喷漆的大圆盘上的两个M3螺钉松开后，将活动臂上的三个M4螺钉拧紧，再把两个M3螺钉拧紧，使活动臂能自由旋转。
拧紧大头螺钉即可使活动臂固紧，松开大头螺钉即可使活动臂自由旋转。
④铝制支柱的安装：包装箱内有四根不同长度的铝制支柱，将其中最长的一根旋入固定臂螺孔中。
电磁场与电磁波实验指导书.
静电场边值问题实验对于复杂边界的静电场边值问题，用解析法求解很困难，甚至是不可能的。
在实际求解过程中，直接求出静电场的分布或电位又很困难，其精度也难以保证。
本实验根据静电场与恒定电流场的相似性用碳素导电纸中形成的恒定电流场来模拟无源区域的二维静电场，从而测出边界比较复杂的无源区域静电场分布。
一、 实验目的：1、学习用模拟法测量静电场的方法。
2、了解影响实验精度的因素。
二、 实验原理：在静电场的无源区域中，电场强度E '电位移矢量D '及电位Ф、满足下列方程：▽×E 、= 0 ▽×D'= 0D '=εE 、 E 、= - ▽φ、（1）式中ε为静电场的介电常数。
在恒定电流场中，电场强度E 、电流密度J 及电位Ф满足下列方程：▽×E= 0 ▽·J = 0J = δE E=－▽Φ （2）式中δ为恒定电流场中导电媒质的电导率。
因为方程组（1）与方程组（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）和方程组（2）很容易求得：▽·（ε▽φ、）= 0 （3）▽·（δ▽Φ）= 0 （4）式中ε与δ处于相应的位置，它们为对偶量。
若ε与δ在所讨论区域为均匀分布（即其值与坐标无关），则方程（3）、（4）均可简化为拉普拉斯方程： 2∇φ'= 0 02=Φ∇电位场解的唯一定理可知：满足相同微分方程的两个电位场，它们具有相同的边界电位值，因此，在保证边界电位值不变的情况下，我们可以用恒定电流场的模型来模拟无源区域的静电场，当静电场中媒质为均匀媒质时，其导电媒质也应为均匀媒质，这样测得的恒定电流场的电位分布就是被模拟的静电场的电位分布，不需要任何改动。
三、实验内容及实验装置：1、被测模型有两个：一个用来模拟无边缘效应的平行板电容器中的电位分布；另一个用来模拟有金属盖的无限长接地槽形导体内电位分布，被模拟的平行板电容器，加盖槽形导体及它们对应的模型如图1所示。
电磁场与电磁波实验指导书(新)
电磁场与电磁波实验指导书山东理工大学电气与电子工程学院电磁场与电磁波实验室电磁场与电磁波实验守则１、学生必须按时到指定实验室做实验，不迟到、不早退，不喧哗，不乱扔杂物；爱护公物，严禁在实验桌面上乱刻、乱画。
保持实验室良好的实验环境。
２、实验前学生必须对所做的实验进行充分预习，并写出预习报告。
实验前应认真了解所用仪器、设备、仪表的使用方法与注意事项。
在启动设备之前，需经指导教师检查认可。
３、实验时，要严肃认真，正确操作，仔细观察，真实记录实验数据的结果。
实验中严禁违章操作，遇到仪器设备故障要及时报告，不得自行拆卸。
不得做与实验无关的事情，不得动与实验无关的设备，不得进入与实验无关的场所。
４、实验中，如发现仪器设备损坏或丢失，应及时报告，查明原因。
凡属违反操作规程导致设备损坏或自行丢失仪表工具的，要追究责任，照章赔偿。
5、若发生事故，不要惊慌，必须立即切断电源，要保持现场并报告老师，以便查明情况，酌情处理。
6、实验完毕后，要按要求整理好试验设备、器材和工具等，关断电源。
经指导教师检查数据并签字后，方可离开实验室。
７、学生需做开放性实验时，应事先与有关实验室（中心）联系，报告自己的实验目的、内容。
实验结束后应整理好实验现场。
８、学生必须认真做好实验报告，在规定时间内交给指导教师批阅。
目录实验一电磁波感应器的设计与制作实验二电磁波传播特性实验实验三电磁波的极化实验实验四天线方向图测量实验实验一电磁波感应器的设计与制作一、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律？2、什么是电偶极子？3、了解线天线基本结构及其特性。
二、实验目的1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用。
2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。
3、理解电磁波辐射原理。
三、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。
电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。
能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。
电磁场实验指导书
实验一：驻波比的测量一、实验原理驻波产生的原因是由于负载阻抗与波导特性阻抗不匹配。
因此，通过对驻波比的测量，就能检查系统的匹配情况，进而明确负载的性质。
在测量时，通常测量电压驻波系数，即波导中电场最大值和最小值之比。
对于平方检波，有：错误！未找到引用源。
二、实验器件微波信号源、隔离器、波长表、可变衰减器、波导测量、被测件（电容膜片、电感膜片）、匹配负载、选频放大器1、微波信号源：可产生微波振荡，频率范围可以微调，信号源工作在方波状态。
在微波信号源上我们可以读出频率、电压、电流的数值。
信号源上的频率旋钮用来调整我们所需要的频率值（8.6GHz—9.6GHz）；点频和扫频按键用以选择点频状态或扫频状态，当工作在扫频状态时可以用扫频宽度旋钮来调节扫频的宽度；功率旋钮用来调节功率；信号源的右边有五个按键：等幅、方波、外调制+、外调制-和教学按键，本次实验用的是方波状态；下面有两个输出和一个输入，即RF输出，电压输出和外调制输入。
2、隔离器：抑制干扰。
3、波长表：读取信号发生器上的频率读数，根据频率-测微器刻度对照表来调节波长表的刻度。
4、可变衰减器：相当于可调电位器，旋动有刻度标示的旋钮，可以改变吸收片插入波导的深度，进而达到改变衰减量的问题。
5、波导测量：连接选频放大器，主要部件是测量线，通过旋动测量线上的旋钮，可以在选频放大器上读出相邻波腹和波节点的最大值和最小值。
6、被测件：包括断路器和开路器。
7、选频放大器a仪器面板的配置和功能如下：输入电压细调：此旋钮用于调整输入信号衰减量，左旋到底，衰减最大；右旋到底，衰减最小。
衰减量调节范围约为1—10倍。
输入电压步进开关: 用于衰减输入电压信号。
分为四档，即x1，x10，x100和x1000。
在x1档时灵敏度最高，对输入信号无衰减；x10, x100 和x1000档时，衰减量分别为10，100和1000倍。
频率选择开关：分为四档：1：宽带（400Hz—10KHz）2：1KHz （500Hz—1100Hz）3：2KHz （900Hz—2.2 KHz）4：5KHz （1.8KHz—5.2 KHz）开关在２，３，４档时为窄带，在１档时为宽带。
电磁场与微波技术实验指导书(新)
电磁场与微波技术实验指导书XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX注意事项一、实验前应完成各项预习任务。
二、开启仪器前先熟悉实验仪器的使用方法。
三、实验过程中应仔细观察实验现象，认真做好实验结果记录。
四、培养踏实、严谨、实事求是的科学作风。
自主完成实验和报告。
五、爱护公共财产，当发生仪器设备损坏时，必须认真检查原因并按规定处理。
六、保持实验室内安静、整洁和良好的秩序，实验后应切断所用仪器的电源 ,并将仪器整理好。
协助保持实验室清洁卫生, 带出自己所产生的赃物。
七、不迟到，不早退，不无故缺席。
按时交实验报告。
八、实验报告中应包括：1、实验名称。
2、实验目的。
3、实验内容、步骤，实验数据记录和处理。
4、实验中实际使用的仪器型号、数量等。
5、实验结果与讨论，并得出结论，也可提出存在问题。
6、思考题。
实验仪器JMX－JY－002电磁波综合实验仪一、概述电磁波综合实验仪，提供了一种融验证与设计为一体的电磁波实验的新方法和装置。
它能使学生通过应用本发明方法和装置进行电磁场与电磁波实验，透彻地了解法拉第电磁感应定律、电偶极子、天线基本结构及其特性等重要知识点，使学生直观形象地认识时谐电磁场，深刻理解电磁感应的原理和作用，深刻理解电偶极子和电磁波辐射原理，掌握电磁场和电磁波测量技术的原理和方法，帮助学生建立电磁波的形象化思维方式，加深和加强学生对电磁波产生、发射、传输和接收过程及相关特性的认识，培养学生对电磁波分析和电磁波应用的创新能力。
《JMX-JY-002电磁波综合实验仪》在001型基础上，添加了对天线不同极化角度的测量，学生通过测量，可绘制不同极化天线的方向图，使得学生对电磁波的感受更加深刻。
二、特点1、理论与实践结合性强2、直接面向《电磁场与波》的课程建设与改革需要，紧密配合教学大纲，使课堂环节与实验环节紧密结合。
3、针对重要知识点“电磁场与电磁波”课堂教学环节长期存在难于直观表达的困难，形象地体验抽象的知识。
电磁场微波实验指导书(电子专业)概要
电磁场、微波测量实验指导书(电子专业适用)实验一 电磁波参量的测量一、实验目的（1）在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性如E 、 H 和 S 互相垂直。
（2）熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，并确定电磁波的相位常数β 和波速υ。
（3）了解电磁波的其他参量，如波阻抗η等。
二、实验仪器 （1） DH1211型3cm 固态源1台（2） DH926A 型电磁 波综合测试仪1套 （3） XF-01选频放大器1台 （4）PX-16型频率计三、实验原理两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内从相同（或相反）方向传播时，由于初始相位不同，它们相互干涉的结果，在传播路径上形成驻波分布。
通过测定驻波场节点的分布，求得波长λ的值，由2πβλ=、f υλ=得到电磁波的主要参数：β、υ。
设0r P 入射波为：0j i i E E e βγ-=当入射波以入射角θ向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波i E 。
设入射波为垂直极化波，用R ⊥表示介质板的反射系数，用0T ⊥和T ε⊥表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。
可动板2r P 和固定板1r P 都是金属板，其电场反射系数为-1，则3r P 处的相干波分别为：110j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 1131()r r L L L φββ=+= 220j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 22331()()r r r r L L L L L φββ=+=++ 其中，21L L L ∆=-因为1L 是固定值，2L 则随可动板位移L 而变化。
当2r P 移动L 值时，使3r P 具有最大输出指示时，则有1r E 和2r E 为同相叠加；当2r P 移动L 值，使3r P 具有零值输出指示时，必有1r E 和2r E 反相。
故可采用改变2r P 的位置，使3r P 输出最大或零指示重复出现。
电磁场实验指导书.
电磁场电磁波实验指导书盐城工学院信息学院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)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。
微波技术实验指导书1
实验要求一、预习要求：实验前必须充分预习，完成指定的预习任务。
1.认真阅读实验指导书，分析、掌握实验电路的工作原理，并进行必要的计算。
2.复习实验中所用各仪器的使用方法及注意事项。
3.熟悉实验任务，完成各实验“预习要求”中指定的内容，写好预习报告。
二、实验要求：1.使用仪器前必须了解其性能、操作方法及注意事项，在使用时应严格遵守。
2.实验时应注意观察，若发现有破坏性异常现象(例如有元件冒烟、发烫或有异味)应立即关断电源，保持现场，报告指导教师。
找出原因、排除故障后，经指导教师同意再继续实验。
3.在进行微波测试时，终端尽量不要开口，以防止微波能量泄露。
4.实验过程中应仔细观察实验现象，认真纪录实验结果(数据、波形、现象)。
所纪录的实验结果经指导教师审阅签字后再拆除实验线路。
5.实验结束后，必须关断电源，并将仪器、设备、工具等按规定整理。
6.实验后每个同学必须按要求独立完成实验报告并按时上交。
实验一、微波传输线频率和波长的测量一、实验目的1．学会使用基本微波器件。
2．了解微波振荡源的基本工作特性和微波的传输特性。
3．学习利用吸收式测量频率和波长的方法；4．掌握用测量线来测量波长和频率的方法。
二、实验原理1．微波的传输特性为了避免导线辐射损耗和趋肤效应等的影响，采用标准矩形波导管为微波型。
波传输线，并用TE10波导管具有三种工作状态：①当终端接“匹配负载”时，反射波不存在，波导中呈行波状态；②当终端接“短路片”、开路或接纯电抗性负载时，终端全反射，波导中呈纯驻波状态；③一般情况下，终端是部分反射，波导中传输的既不是行波，也不是纯驻波，而是呈行驻波状态。
2．微波频率的测量用吸收式频率计PX16(直读式)，测量范围8.2GHZ-12.4GHZ，误差≤±0.3%，当传输线中相当一部分功率进入频率计谐振腔内，而另一部分从耦合元件处反射回去。
当调节频率计，使其自身空腔的固有频率与微波信号频率相同时产生谐振，用选频放大器测量，信号源须用内方波，重复频率为1KHZ 左右，谐振时可从选放上观察到信号幅度明显减少，以减幅最大位置为判断频率测量值的论据。
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。
电磁场微波实验指导书(电子专业)(1)中国民航大学,cauc
电磁场、微波测量实验指导书(电子专业适用)范懿、许明妍编班级：111044C班学号：111044309姓名：贾二超中国民航大学电子信息工程学院二零一三年十二月实验一 电磁波参量的测量一、实验目的（1）在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性如E 、 H 和 S 互相垂直。
（2）熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，并确定电磁波的相位常数β 和波速υ。
（3）了解电磁波的其他参量，如波阻抗η等。
二、实验仪器 （1） DH1211型3cm 固态源1台（2） DH926A 型电磁 波综合测试仪1套 （3） XF-01选频放大器1台 （4）PX-16型频率计三、实验原理两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内从相同（或相反）方向传播时，由于初始相位不同，它们相互干涉的结果，在传播路径上形成驻波分布。
通过测定驻波场节点的分布，求得波长λ的值，由2πβλ=、f υλ=得到电磁波的主要参数：β、υ。
设0r P 入射波为：0j i i E E e βγ-=当入射波以入射角θ向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波i E 。
设入射波为垂直极化波，用R ⊥表示介质板的反射系数，用0T ⊥和T ε⊥表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。
可动板2r P 和固定板1r P 都是金属板，其电场反射系数为-1，则3r P 处的相干波分别为：110j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 1131()r r L L L φββ=+= 220j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 22331()()r r r r L L L L L φββ=+=++其中，21L L L ∆=-因为1L 是固定值，2L 则随可动板位移L 而变化。
当2r P 移动L 值时，使3r P 具有最大输出指示时，则有1r E 和2r E 为同相叠加；当2r P 移动L 值，使3r P 具有零值输出指示时，必有1r E 和2r E 反相。
电磁场与电磁波试验指导书
《电磁场与电磁波》实验指导书中国农业大学信息与电气工程学院2010年 12月“电磁场与电磁波”是工科电子类专业一门重要的专业基础课。
由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都非常重要，而且系统性、理论性很强，为此在学习本课程时，开设必要的实验，使抽象的概念和理论形象化、具体化，增强学生学习本门课程的兴趣，对学生加深理解和深入掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题、设计实验方案的能力等方面，具有极大的好处。
做好本课程的实验，是学好本课程的重要教学辅助环节。
在做每个实验前，请务必阅读实验指导书和教材，弄懂实验原理，认真完成实验预习报告；做完实验后，请务必写出详细的实验报告，包括实验方法、实验过程和结果、心得和体会等。
目录实验一静电场仿真实验二恒定电场的仿真实验三恒定磁场的仿真实验四电磁波反射与折射实验一 静电场仿真1．实验目的建立静电场中电场及电位空间分布的直观概念。
2．实验仪器计算机一台3．基本原理当电荷的电荷量及其位置均不随时间变化时，电场也就不随时间变化，这种电场称为静电场。
点电荷q 在无限大真空中产生的电场强度E 的数学表达式为204q E r rπε=（r 是单位向量） （1-1）真空中点电荷产生的电位为04q rϕπε=（1-2）其中，电场强度是矢量，电位是标量，所以，无数点电荷产生的电场强度和电位是不一样的，电场强度为1221014nin i i i q E E E E r r πε==+++=∑ （i r 是单位向量）（1-3） 电位为121014nin i i q r ϕϕϕϕπε==+++=∑ （1-4） 本章模拟的就是基本的电位图形。
4．实验内容及步骤 （1） 点电荷静电场仿真题目：真空中有一个点电荷-q ，求其电场分布图。
分析：真空中负点电荷的电位是：04q rϕπε=-场强是：204q E r r πε=-假设其在坐标原点，则半径为r ，用x ，y 的坐标求出r 进而求出x ，y 与电位ϕ之间的关系，则可以做出图形。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
电磁场、微波测量实验报告实验一电磁波参量的测量一、实验目的（1）在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性如E、H和S 互相垂直。
（2）熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，并确定电磁波的相位常数β和波速υ。
（3）了解电磁波的其他参量，如波阻抗η等。
二、实验仪器（1）DH1211型3cm固态源1台（2）DH926A型电磁波综合测试仪1套（3）XF-01选频放大器1台（4）PX-16型频率计三、实验原理两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内从相同（或相反）方向传播时，由于初始相位不同，它们相互干涉的结果，在传播路径上形成驻波分布。
通过测定驻波场节点的分布，求得波长λ的值，由2πβλ=、f υλ=得到电磁波的主要参数：β、υ。
设0r P 入射波为：0j i i E E e βγ-=当入射波以入射角θ向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波i E 。
设入射波为垂直极化波，用R ⊥表示介质板的反射系数，用0T ⊥和T ε⊥表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。
可动板2r P 和固定板1r P 都是金属板，其电场反射系数为-1，则3r P 处的相干波分别为： 110j r i E R T T E eφε-⊥⊥⊥=- 1131()r r L L L φββ=+=220j r i E R T T E eφε-⊥⊥⊥=- 22331()()rr r r L L L L L φββ=+=++ 其中，21L L L ∆=-因为1L 是固定值，2L 则随可动板位移L 而变化。
当2r P 移动L 值时，使3r P 具有最大输出指示时，则有1r E 和2r E 为同相叠加；当2r P 移动L 值，使3r P 具有零值输出指示时，必有1r E 和2r E 反相。
故可采用改变2r P 的位置，使3r P 输出最大或零指示重复出现。
在3r P 处的相干波合成 121210()i i r r r i E E E R T T E eeφφε--⊥⊥=+=-+或写成 12()122102cos()2j r i E R T T E eφφεφφ+-⊥⊥-=- 式中12L φφφβ=-=为测准入值，一般采用 3r P 零指示办法 ，即cos()02φ= 或(21)22n φπ=+ n=0.1.2….. n 表示相干波合成驻波场的波节点（0r E =）处。
除n=0以外的n 值，表示相干波合成驻波的半波长数。
将n=0时0r E =的驻波节点作为参考位置0l :2πφλλ= 故2(21)n L ππλ+=四、实验内容（1）了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点，使用方法，特别要熟悉与掌握利用相干波原理测试电磁波波长的方法（2）了解3cm 固态源的使用方法和正确操作。
（3）电磁波E 、H 和S 三者符合右手螺旋规则，向3r P 传播的波应有：E =yy E ,H =-x x HS =E ⨯H=z y x E H =z 2yE μ（4）测量值移动可动板2r P ，测n l 值，根据测得值，计算λ、β、υ的值。
（单位：mm ）实验二微波测试系统的认识与调试一、实验目的1.了解微波测试系统。
2.三厘米波导系统的安装与调试。
二、实验原理1. 微波测试系统微波测试系统常用的有同轴和波导两种系统。
同轴系统频带宽，一般用在较低的微波频段（二厘米波段以下）；波导系统（常用矩形波导）损耗低、功率容量大，一般用在较高频段（厘米波段直至毫米波段）。
微波测试系统通常由三部分组成，如图2－1（a）所示。
图2－1 微波测试系统（1）等效电源部分（即发送端）这部分包括微波信号源，隔离器，功率、频率监视单元。
信号源是微波测试系统的心脏。
测量技术要求具有足够功率电平和一定频率的微波信号，同时要求一定的功率和频率稳定度。
功率和频率监视单元是由定向耦合器取出一小部分微波能量，经过检测指示来观察源的稳定情况，以便及时调整。
为了减小负载对信号源的影响，电路中采用了隔离器。
（2）测量装置部分（即测量电路）包括测量线、调配元件、待测元件、辅助器件（如短路器、匹配负载等），以及电磁能量检测器（如晶体检波架、功率计探头等）。
（3）指示器部分（即测量接收器）指示器是显示测量信号特性的仪表，如直流电流表、测量放大器、功率计、示波器、数字频率计等。
当对微波信号的功率和频率稳定度要求不太高时，测量系统可简化如图2－1（b）所示，微波信号源直接与测量装置连接，其工作频率可由波长计测得。
2. 微波信号源通常，微波信号源有电真空和固态的两种。
3.测量指示器常用指示器有指示等幅波的直流微安表、光点检流计、微瓦功率计，有指示调制波的测量放大器、选频放大器。
此外，还可用示波器、数字电压表等作指示器。
实验室常用测量放大器和选频放大器作指示器，因为这类仪表灵敏度高，能对微弱信号进行宽带或选频放大，接在测量线、晶体检波器、热敏电阻架及其它测试设备的输出端可进行各类测量。
三、实验内容和步骤了解微波测试系统：1. 观看按图2－1（a）装置的微波测试系统。
2. 观看常用微波元件的形状、结构，并了解其作用、主要性能及使用方法。
常用元件如：铁氧体隔离器、衰减器、频率计（或称为波长表）、定向耦合器、晶体检波器、全匹配负载、波导－同轴转换器等。
四、注意事项测试过程中，若指示电表偏转超过满刻度或无指示，可调整可变衰减器衰减量或指示器灵敏度。
五、实验报告要求写出所用设备及仪器名称，画出测试装置图。
六、思考题开启电源前，为何将衰减器衰减量置于最大，而将指示器灵敏度置于最小位置？实验三微波工作波长的测量一、实验目的1.熟悉测量线的使用方法。
2.掌握工作波长测量的方法。
二、实验原理1．测量系统的连接与调整进行微波测量，首先必须正确连接与调整微波测试系统。
图3－1示出实验室常用的微波测试系统，信号源通常位于左侧，待测元件接在右侧，以便于操作。
连接系统平稳，各元件接头对准。
晶体检波器输出引线应远离电源和输入线路，以免干扰。
如果系统连接不当，将会影响测量精度，产生误差。
图3－1 微波测试系统系统调整主要指信号源和测量线的调整以及晶体检波器的校准。
信号源的调整包括振荡频率、功率电平及调制方式等。
本实验讨论驻波测量线的调整和晶体检波器的校准。
2．测量线的调整及波长测量 （1）驻波测量线的调整驻波测量线是微波系统的一种常用测量仪器，它在微波测量中用途很广，如测驻波、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。
由于耦合探针伸入传输线而引入不均匀性，其作用相当于在线上并联一个导纳，从而影响系统的工作状态。
为了减小其影响，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选择合适的探针穿伸度、调谐探头和测定晶体检波特性。
探针电路的调谐方法：先使探针的穿伸度适当，通常取1.0～1.5mm 。
然后测量线终端接匹配负载，移动探针至测量线中间部位，调节探头活塞，直到输出指示最大。
（2）波长测量测量波长常见的方法有谐振法和驻波分布法。
a. 用谐振式波长计测量。
调谐波长计，使得指示器指针达到最大值，记录此时的波长计刻度，查表，确定波长计谐振频率，再根据f c =λ，计算出信号源工作波长。
b. 用驻波测量线测量，当测量线终端短路时，传输线上形成纯驻波，移动测量线探针，测出两个相邻驻波最小点之间的距离，即可求得波导波长，再根据公式（3－2）计算出工作波长。
c. 将精密可调短路器接在测量线的输出端，置测量线探针于某一波节点位置不变，移动可调短路器活塞，则探针检测值随之由最小逐渐增至最大，然后又减至最小值，即为相邻的另一个驻波节点，短路器活塞移动的距离等于半个波导波长。
在传输横电磁波的同轴系统中，按上述方法测出的波导波长就是工作波长，即p λλ=，而在波导系统中，测量线测出的是波导波长p λ，根据波导波长和工作波长之间的关系式：p λ=（3—1）便可算出工作波长λλ=（3—2）式中2c a λ=，a —波导宽边尺寸，本系统矩形波导型号为BJ-100(16.1086.22⨯=⨯b a mm 2)，为了提高测量精度，通常采用交叉读数法确定波节点位置，并测出几个波长，求其平均值。
所谓交叉读数法是指在波节点附近两旁找出电表指示数相等的两个对应位置11d ，12d ，21d ，22d ，然后分别取其平均值作为波节点位置，如图3—2所示。
0111121()2d d d =+ （3—3） 0221221()2d d d =+ （3—4）02012d d p -=λ （3—5）图3－2 交叉读数法测量驻波节点位置3．晶体检波器特性的测定检波电流与加在晶体二极管上的电压关系为：nI CU = （3—6）式中n 是晶体二极管检波律；如1,n I U =∝，称线性检波；当22,n I U =∝，称平方律检波。
图3－3 二极管检波特性二极管检波特性随其端电压大小而变化，当其端电压较小时，呈现出平方律；端电压较大时，呈现出线性规律，如图3—3所示。
由图可见，在1U U >范围内近似线性；2U U <时呈平方律；处在21U U U <<范围内，检波律n 不是整数。
因此加在晶体管两端电压变化幅度较大时，n 就不是常数，所以在精密测量中必须对晶体检波律进行标定。
测量线探针在波导中感应的电动势（即晶体二极管两端电压U ）与探针所在处的电场E 成正比，因而，检波电流和波导中的场强同样满足关系式：nI C E '= （3－7）故要从检波电流读数值决定电场强度的相对值，就必须确定晶体检波律n 。
当n ＝2时，该检波电流读数即为相对功率指示值。
实验中，大多数微波测试系统属于小信号工作状态，因此，晶体检波律基本为平方律，如果不是精密测量，可取n ＝2。
三、实验仪器及装置图图3－4 测试装置图四、实验内容及步骤 1．调整测量线1.1 参照图3－4连接各微波元件。
1.2 测量线终端接晶体检波架，调整微波信号源使获得最佳方波调制输出功率。
1.3 调整测量线：（1）测量线终端接匹配负载，并将探头晶体检波输出端接选频放大器。
（2）转动探头上部的调节螺母来调整探针插入深度，其读数由顶部标尺刻度指示（单位为mm ）。
插入深度取1～1.5mm 。
调谐探针回路（调银白色活塞），使指示器读数最大，再调谐检波回路（黑色活塞），使指示器读数最大。
2. 工作波长的测量2.1 用波长计测量工作频率，记录数据，随即失谐频率计。
表3－1 波长计测量工作波长2.2 测量线终端换接短路板，移动探针至驻波节点，然后在此波节点两边以一个适当的读数为参考，记下相应探针的位置11d ，12d ，将探针移动相邻的波节点上，用同样的方法读取21d ，22d ，并计算波导波长p λ，由式(3—2)计算工作波长λ，将上述测量和计算数据填入表3—2。