电磁场与电磁波实验指导书2014(2)
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报告2
电磁场与电磁波实验报告实验一电磁场参量的测量实验目的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，并确定电磁波的相位常数和波速实验原理两束等幅、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，由于初始相位不同发生干涉现象，在传播路径上可形成驻波场分布。
本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间内电磁波波长的值，再由2，f得到电磁波的主要参量：和等。
本实验采取了如下的实验装置设入射波为E i E）e j，当入射波以入射角!向介质板斜投射时，则在分界面上产生反射波E r和折射波E t。
设介质板的反射系数为R,由空气进入介质板的折射系数为T o，由介质板进入空气的折射系数为T c，另外，可动板P r2和固定板P r1都是金属板，其电场反射系数都为-1。
在一次近似的条件下,接收喇叭处的相干波分别为E M RT o T c E oi e j 1，RT°T c E oi e j 2这里 1 2L ri L r3 L ri ；2 2L「2 L“2L M 2 L L r3 L2；其中L L2 L i|。
又因为为定值，L2则随可动板位移而变化。
当P r2移动L值，使P r3有零指示输出时，必有E M与E r2反相。
故可采用改变P r2的位置，使尺3输出最大或零指示重复出现。
从而测出电磁波的波长和相位常数。
下面用数学式来表达测定波长的关系式。
在P r3处的相干波合成为E r E M E「2 e j 1 e j2j 1 2 /或写成E r2RT0T c E0i cos 2 e 2（1-2）式中 1 2 2 L为了测量准确，一般采用P3零指示法，即cos 20或（2n 1），n=0,1,2……这里n表示相干波合成驻波场的波节点（E r 0 ）数。
同时，除n=0以外的n值，又表示相干波合成驻波的半波长数。
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。
电磁场与电磁波实验指导书
《电磁场与电磁波》实验指导说明书一*同轴测量线西华师范大学计算机学院目录第一部分产品说明 (3)一、系统简介 (2)二、系统特点 (2)三、系统组成 (2)四、性能指标 (3)五、系统主要部件参数 (3)第二部分实验内容 (6)实验一电磁波的频率和功率测试 (6)实验二电磁波感应器的设计与制作 (9)实验三位移电流的测试及计算 (12)实验四天线方向图的测试--功率测试法 (15)实验五电磁波波节、波幅及波长的测试 (20)实验六电磁波的极化实验 (24)实验七电磁波的PIN调制特性 (27)实验八天线方向图的测试一电压测试法 (30)实验九同轴测量线的驻波测试 (34)实验十反射系数及驻波相位的测试 (37)第三部分射频连接器示意图 (40)第一部分产品说明一、系统简介电磁场电磁波及天线技术是通信工程、电子工程、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，本系统包含功率测试、频率测试、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（调制卜发射、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的理解、应用创新能力。
二、系统特点1实验系统面向《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及操作，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、本装置电磁波发射可选大功率或小功率2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。
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。
5、实验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。
6、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。
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204qE r r πε= （r 是单位向量） （1-1）真空中点电荷产生的电位为04qr ϕπε= （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1221014ni n i i i q E E E E r r πε==+++=∑ （i r 是单位向量）（1-3） 电位为 121014ni n 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 r ϕπε=-场强是： 204qE 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。
电磁波实验指导书
《电磁场与波》实验指导书实验 一 电磁波的反射与折射(验证实验 2学时)1实验目的1.1研究电磁波在良导体表面上的反射定律。
1.2研究电磁波在理想介质表面的反射和折射。
1.3研究电磁波产生全反射和无反射的条件。
2实验原理2.1当均匀平面电磁波入射到两种不同媒质分界面上斜入射时，一般要产生反射和折射。
在分界面上，入射波与反射波、折射波之间服从以下规律：γθθ=i ... ... ... 1.1εμεμθθγ22111221sin sin ===VV k k i... ... ... 1.2其中i 、、t 分别为入射角、反射角和折射角。
且令i ==，t =2，k i 、k 、k t 分别为入射波、反射波、折射波的波矢量，其大小分别为k i =k =k 1 、 k t =k 2 。
2.2以上规律只反映了反射波、折射波与入射波之间的方向关系、而电场强度之间的大小和相位关系，可用反射系数和折射系数来表示。
对平行极化波来说，在两种媒质分界面上的反射系数ⅡR 和透（折）射系数ⅡT 如下：θηθηθηθη22112211cos cos cos cos +-=ⅡR ... ... ... 1.3 θηθηθη112212cos cos cos 2+=ⅡT ... ... ... 1.4 1η、2η分别为第一媒质和第二媒质的特性阻抗。
现在我们来讨论最常见的两种情况： 2.2.1当波斜入射到良导体表面上时，由于ei422πσωημ=... ... ... 1.5而良导体的∞→σ，故02→η，所以1=ⅡR,0=ⅡT 。
这说明电磁波将发生全反射。
2.2.2平行极化电磁波斜入射到两种理想电介质分界面上产生无反射即全折射的条件是0=ⅡR 。
因为一般媒质1=2=，故可得到平行极化波以1==arcsin εεε212+入射的，将满足0=ⅡR 的条件。
该结论对电磁波从波疏媒质向波密媒质(1<2)投射，或者从波密媒质向波疏媒质(1>2)投射都能满足。
电磁场与波实验指导书(上海交大)
电磁场与波实验指导书上海交通大学目录实验一“场与波”动态演示软件的正确使用 3 实验二电磁波传输特性参数测量 6 （一）电磁波的反射定律的验证 6 （二）微波信号源频率的测量12 （三）介质的相对介电常数的测量17 实验三电磁波辐射特性的测量20 （一）半波对称振子归一化E面方向图测量20 （二）引向天线的方向图的测量及参数计算25 （三）天线增益的测量29 （四）天线输入阻抗的测量34 附录一实验报告书写格式的一般要求37 附录二实验主要器材图片介绍38 附录三“场与波”动态演示软件光盘46实验一：“场与波”动态演示软件的正确使用（一）实验目的：通过本次实验，基本学会“场与波”动态演示软件的正确使用，并要求学生在课程学习中经常对照使用软件，加深对电磁场理论物理概念的正确理解。
（二）实验仪器与预习要求：1.实验仪器：a)实验室计算机；b)“场与波”动态演示软件；c)投影仪。
2.预习要求：掌握电磁场理论的各种基本概念。
（三）实验内容及原理：1.均匀平面波：a 均匀平面波在无耗煤质中传播b均匀平面波在有耗煤质中传播c均匀平面波垂直入射理想导体表面d 均匀平面波垂直入射理想电介质表面平面波是指电磁波的等相位面是平面的电磁波。
严格地说，平面波是不存在的，因为只有无限大的波源才能激励起这样的电磁波。
但是如果当球面波的场点离波源足够远的话，那么空间球面波的很小一部分就十分接近平面波。
2.极化极化是指电磁波的场矢量随时间变化的轨迹，常用的极化有线极化、圆极化及椭圆极化。
3.场结构的简易画法。
场结构是指电磁波的场矢量的结构形式。
4.偶极子电偶极子：相距一小段距离 d 的一对等值异号电荷，这样构成的结构称为电偶极子。
磁偶极子：磁偶极子是指半径很小的圆形载流回路。
5.史密斯圆图（阻抗圆图，导纳圆图）史密斯圆图是在极坐标中用图解方法求解传输线方程的一种工具。
圆图有阻抗圆图和导纳圆图两种。
利用圆图来计算传输线问题，不但物理概念清晰，计算方便，而且能满足工程的要求（四）实验步骤：实验室机房上机，观看“场与波”动态演示软件，由教师讲解动态演示软件的物理特性以加深对电磁场、电磁波物理概念的理解。
鲁大电磁场与电磁波实验指导书(新)要点
电磁场与电磁波实验指导书鲁东大学信息与电气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的极化实验实验三电磁波传播特性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。
4-2 电磁场与电磁波 教案
4.2电磁场与电磁波〖教材分析〗本节课内容主要有麦克斯韦的电磁理论和赫兹的火花实验。
通过理论分析和推导使学生对麦克斯韦的电磁理论有一定的了解，不需要计算。
赫兹实验是验证电磁波是否存在的实验，它是检验麦克斯韦理论是否正确的试金石。
最后通过地电磁波和机械波的对比，加深理解和学习研究问题的科学方法。
〖教学目标与核心素养〗物理观念∶理解电磁理论的内容，体会物理观念产生的过程。
科学思维∶结合前面学习过的知识，理解变化的磁场产生电场。
科学探究：培养学生实验探求知识的意识，增强求知欲望。
科学态度与责任∶通过结合生活中各种相应现象及常识，理解电磁波在人们生活中的地位。
〖教学重难点〗教学重点：麦克斯韦电磁场理论的基本内容。
教学难点：电磁波的特点以及赫兹实验原理。
〖教学准备〗多媒体课件。
〖教学过程〗一、新课引入电磁振荡电路中的能量有一部分要以电磁波的形式辐射到周围空间中去，那么，这些电磁波是怎样产生的?动图展示：振荡电路电磁场的变化。
分析：上节课我们讲过振荡电路中的能量消耗主要有俩个，一是电路有电阻，产生的内能，也就是焦耳热。
另外就是一电磁波的形式辐射出去。
这些电磁波是怎样产生的?二、新课教学（一）电磁场1.变化的磁场产生电场在变化的磁场中放一个闭合电路，由于穿过电路的磁通量发生变化，电路里会产生感应电流。
电子的定向移动形成电流，但是电子的定向移动需要电场。
所以麦克斯韦从场认为电路里能产生感应电流，是因为变化的磁场产生了电场，正是这个电场促使导体中的自由电荷做定向运动，产生感应电流。
即：变化的磁场能产生电场。
既然变化的磁场能产生电场，那变换的电场能否产生磁场呢？2.变化的电场产生磁场变化的电场驱动→运动的电荷→产生变化的电流→产生磁场。
麦克斯韦假设∶变化的电场就像运动的电荷，也会在空间产生磁场，即变化的电场产生磁场。
例如，在电容器充、放电的过程中，不仅导体中的电流产生磁场，而且在电容器两极板间周期性变化的电场也产生磁场。
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。
南京理工“电磁场与电磁波”和“微波技术”实验大纲及指导说明书(研究生复试有用)
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。
设入射波为： jk r E Ee +-⋅=体检波器图1图2 实验示意图当入射波以入射角1θ向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波E-和折射波E'。
设入射波为垂直极化波，用R⊥表示介质板的反射系数，用T⊥、eT⊥分别表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。
另外固定的和可动的金属反射板的反射系数均为-1。
在一次近似的条件下，接收喇叭3rP处的相干波分别为：110j E R T T E e ϕε--+⊥⊥⊥=-220j E R T T E e ϕε--+⊥⊥⊥=-即两者幅度相等，相位差为12()ϕϕ-，其中1011()r k L L kL ϕ=+=221012()()r r r k L L k L l L kL ϕ=+=+∆+=从而可得21L L L l ∆=-=∆因101r L L L =+为固定值，而21L L l =+∆是可改变的，改变可动反射板P r 2位置而取不同的2L 值，可使行程相位差为90。
鲁大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鲁东大学信息与电气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的极化实验实验三电磁波传播特性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。
电磁场与电磁波实验指导书要点模板
电磁场与电磁波实验指导书要点12020年4月19日电磁场电磁波实验实验一电磁感应定律的验证一、实验目的1、经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：变化的磁场能够激发涡旋电场，变化的电场能够激发涡旋磁场；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。
下面我们经过制作感应天线体，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能够辐射电磁波，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。
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）能够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 │ =[60 Im cos( π cos θ /2)]/R 。
鲁大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鲁东大学信息与电气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的极化实验实验三电磁波传播特性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。
电磁场与电磁波教学实验指导书
电磁场与电磁波教学实验指导书“电磁场与电磁波”是理工科院校电子信息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很重要，而且系统性、理论性很强，因此在学习本课程时，开设必要的实验课，使抽象的概念和理论能形象化、具体化，对学生加深理解和深刻地掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力都是十分有益的。
做好本课程的实验，是学好本课程的必要的教学辅助环节。
同学们在做每个实验之前，一定要仔细阅读教材和实验指导书。
了解和熟悉实验设备、弄懂实验原理和实验目的、明确实验方法和实验步骤、并牢记相关注意事项，以使各实验得以安全、顺利地完成。
实验过程中要按实验步骤要求进行操作，认真观察实验现象，详细、规范地记录实验数据。
实验完成后，要认真分析实验结果，详细地写出实验报告。
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。
《电磁场与波》实验指导书
《电磁场与波》实验指导书主编楚栓成校对审核西北第二民族学院电子与信息工程系二○○四年八月目录电磁场与电磁波实验系统介绍 (4)实验一电磁波参量的测量实验 (8)实验二均匀无耗媒质参量的测量实验 (9)实验三电磁波的极化特性实验 (13)实验四电磁波反射与折射实验 (16)《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。
2. DH1121B 3cm固态信号源DH1121B型三厘米固态信号源是一种使用体效应管做振荡源的微波信号源（如图二所示），它能长期工作、耗电少、体积紧凑、功率输出较大、价格低廉、能输出等幅信号及方波调制信号，适合于实验室、工厂、教学及工业检测等场合使用。
图二仪器的外形（1）主要技术特性频率范围：8.6～9.6GHz频率稳定度：在等幅工作状态下（仪器预热30分钟后）；≯5×10-4／15min在等幅工作状态下，电源电压变化±10%，频率变化≯5×10-4功率输出（等幅工作状态）：不小于20mW工作方式：等幅波输出形式：波导型号BJ-100;法兰盘型号FB-100连续工作时间：8h（2）工作原理DH1121B型三厘米固态信号源由振荡器、隔离器和主机组成。
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实验一、电磁波参量的测量1.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。
2.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3.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=、fυλ=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=+=++V其中，21L L L ∆=-因为1L 是固定值，2L 则随可动板位移L V 而变化。
当2r P 移动L V 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 V 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 e e φφε--⊥⊥=+=-+或写成 12()122102cos()2j r i E R T T E eφφεφφ+-⊥⊥-=- 式中12L φφφβ=-=VV 为测准入值，一般采用 3r P 零指示办法 ，即cos()02φ=V 或(21)22n φπ=+V 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=V V 故2(21)n L ππλ+=V4、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 =y u vy E ,H =-x v x HS =E ⨯H=z v y x E H =z v 2yE μ4)测λ值移动可动板2r P ，测n l 值，根据测得值，计算λ、β、υ的值。
实验二、电磁波的反射与折射1. 实验目的（1） 研究电磁波在良好导体表面的反射（2） 研究电磁波在良好介质表面上的反射和折射 （3） 研究电磁波全反射和全折射的条件 2. 实验原理与说明（1）电磁波斜投射到不同媒质分界面上的反射和折射如图所示，在媒介分界面上，有一平行极化波，以1θ入射角斜投射时，入射波、反射波和折射波的电磁场可用下列公式表示： 入射波场：111(cos sin )10111(sin cos )i x x E E x z eβθθθθ--+=+u u v v v……………………①111(cos sin )0111j x x E H y e βθθη--+=u u v u v …………………………………….②反射波场：''111(cos sin )''''10111(sin cos )i x x E E x z e βθθθθ-+=+u u v v v ………………….. ③''111(cos sin )'0111j x x E H y e βθθη-+=u u v u v ………………………………………④折射波场：222(cos sin )20222(sin cos )j z E E x z e βθθθθ-+=+u u v v v …………………….⑤222(cos sin )022j x x E H y e βθθη--+=u u u v u v ……………………………………..⑥以上各式中，12ηη分别表示在两种媒质中的波阻抗。
由边界条件可知，在分界面上x=0处，有12t t E E =,12t t H H =，同时，三种波在分界面处必须以同一速度向z v方向传播，即它们的波因子必须相等，则有：'1111sin sin βθβθ=………………………………………………………………⑦1122sin sin βθβθ=……………………………………………………………..⑧由⑦得'11θθ=…………………………………………………………………….⑨上式表明，媒质分界面上反射角等于入射角，即反射定律。
由⑧得12211121sin sin sin βυθθθθβυ====…………………⑩ 上式即折射定律或斯耐尔定律在x=0处，把式⑨和式⑩代入式①~⑥，并根据12t t E E =,12t t H H =，则得：'01011022()cos cos E E E θθ-=…………………………………………….⒒'0101021211()E E E ηη-= (12)对上两式联立求解，得平行极化波在媒质分界面上的反射系数 R P 与折射系数T P 分别为：'011122011122cos cos cos cos E R E ηθηθηθηθ-==+P ………………………………13 2211222cos cos cos T ηθηθηθ=+P (14)下面对平行极化波在媒质分界面上全折射的条件进行分析垂直极化波的全折射时'100θθ==，及12cos cos 1θθ==,则有1212R ηηηη-=+P (15)2122T ηηη=+P (16)显然，只有12ηη=时才有折射，即12εε=，这是无意义的，当2ε两侧同为空气，即13εε=时，这时要实现全反射的传播，对2ε就有特殊要求。
可利用传输线输入阻抗的概念和公式，得到分界面上的输入阻抗3222232()()in j tg d z j tg d ηηβηηηβ+=+式中13ηη=，及222πβλ=，022r λε=，为使波1ε经2ε，并能全部进入2ε实现无反射，必须满足等式1in z η=,由此得到2222r d λε== (17)根据式17，d 值已定，选择合适的工作波长0λ就可根据全折射的条件，选择所需媒质的2r ε值。
若被测媒质2 2.54r ε=,032mm λ=,要实现无反射的传输，其厚度应为d=10.04mm,可见，应取聚苯乙烯板厚d=10mm, 032mm λ=,我们称这种介质板为半波长无反射媒质板，如图所示斜投射时的全反射，这时有0R =P 即1122cos cos 0ηθηθ==,利用式12可得到全折射时的入射角11112arcsin(p εθθεε==+) (18)全折射角1p θ又称布儒斯特角，它表示在1ε内传播的波在12εε分界面上实现全折射时的入射角，如下图所示可以证明，在媒质分界面上出现全折射时，1p θ与2θ之间有如下关系12cos()0p θθ+=或122p πθθ+= (19)因此，当入射角11p θθ>时，在媒质分界面上就不出现反射波了。
由以上分析还可证明，平行极化波的全折射现象，既可出现在波由光疏向光密媒质传播，也可出现在波由光密向光疏媒质传播的情况。
光由光疏向光密斜投射时有122p πθθ+=，波由光密向光疏斜投射时有212p πθθ+=.我们利用这一特性，取介质板厚为d,其相对介电常数为2r ε，如图所示，只要有21122arcsin(r p r r εθθεε≥=+就可以2r ε另一侧接收到全部信号。
对于垂直极化波，因一般媒质12μμ≈，在斜投射时不存在全折射现象实验三、圆极化波特性一．实验目的1. 研究右旋、左旋圆极化波的形成、辐射和接收过程。
2. 研究右旋、左旋圆极化波的反射和折射特性及其测试方法 二．研究原理与说明（1） 辐射过程：欲使R E u u v在长为L 的介质片圆波导内传播后形成圆极化波，首先必须使介质片法线方向n v 与y 轴夹角成45o，使R E u u v 的两个分量n E 与t E 的幅度相等。
其次，介质片长度L 选择合适，使n E 与t E 经L 传播后相位相差为2π±，最终形成圆极化波并经圆喇叭向空间辐射。
（2） 接收过程：欲接收右旋圆极化波，则它经过充有长为'L 的介质片圆波导后，实现n E 与t E 同相叠加。
无论是右旋或左旋圆极化波的接收，都需满足'n n ⊥v的条件。
（3）右旋或左旋圆极化的反射和折射特性。
今后以左旋圆极化波垂直投射到介质板表面，则反射波因传播方向改变，成为左旋圆极化波。
可见，右旋圆极化波经反射后形在左旋圆极化波，这时须用左旋接收喇叭接收，而折射波的方向不变，仍属右旋圆极化波，这时应用右旋接收喇叭。
三．实验内容1. 圆极化波随圆度e 的调整与测试。
无论是右旋或左旋圆极化波，xm ym E E =,即e=1，实际上0.95e ≥就算不错。
把辐射与接收右旋或左旋圆极化波的装置，都作辐射圆极化波的源，接收时用矩形喇叭绕z 轴转360o，以确定它们的椭圆度e =（1） DH926A 型电磁波综合测试仪，测圆极化波反射折射物性用附件一套 （2） DH1211型3cm 固态源一台（3） 微安表头一只（或XF-01型选频放大器一台）实验一、电磁波参量的测量实验二、电磁波的反射与折射（2） 电磁波在导体表面的反射 入射场i I =（3） 电磁波在介质表面的全折射（布儒斯特角） 入射场i I =注意：只有平行极化波才能发生全折射。
实验三、圆极化波的特性。