电磁场数值计算实验指导书
《电磁场实验指导书》word版
电磁场实验指导书北京信息科技大学目录实验一球形载流线圈的场分布与自感 (1)实验二磁悬浮 (7)实验三静电除尘 (10)前 言结合电磁场课程教学的电磁场实验课是完善教学效果，增进学生对电磁场现象和过程的感性认识，拓展有关电磁场工程应用知识面的重要环节。
随着教学改革不断深化的进程, 电磁场教学实验在承接大学物理电磁学实验基础上的改进与提高势在必行。
根据高等学校电磁场课程教学的基本要求，以电磁场系列实验课开设的需求为依据，我电磁场课程组设计、编写了电磁场实验教学的新内容，并在浙江大学求是公司的共同规划下，由该公司制作完成了第一阶段的三个实验的基本装置和设备，以应当前我国电磁场实验教学的实际需要。
实验一：球形载流线圈的场分布与自感一、实验目的1. 研究球形载流线圈（磁通球）的典型磁场分布及其自感参数；2. 掌握工程上测量磁场的两种基本方法──感应电势法和霍耳效应法；3. 在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场边值问题、自感参数和磁场测量方法等知识点的理解，熟悉霍耳效应高斯计的应用。
二、实验原理（1）球形载流线圈（磁通球）的磁场分析如图11所示，当在z 向具有均匀的匝数密度分布的球形线圈中通以正弦电流i 时，可等效看作为流经球表面层的面电流密度K 的分布。
显然，其等效原则在于载流安匝不变，即如设沿球表面的线匝密度分布为W ′，则在与元长度d z 对应的球面弧元d R 上，应有图1-1球形载流线圈（磁通球） i 图1-2 呈轴对称性的计算场域()d d N W R θi=z i 2R ⎛⎫'⎪⎝⎭因在球面上，θcos R z =，所以 ()d d cos sin d z R R θθθ==代入上式，可知对应于球面上线匝密度分布W ′，应有2sin d sin d 2N R R N W R Rθθθθ⋅'== 即沿球表面，该载流线圈的线匝密度分布W ′正比于θsin ，呈正弦分布。
电磁场与电磁波教学实验指导书.docx
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，因此在学习木课程时，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木理论和分析方法，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、并牢记和关注意事项，以使各实验得以安全、顺利地完成。
实验过程中耍按实验步骤耍求进行操作，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木发明方法和装置进行电磁场与电磁波实验，透彻地了解法拉第屯磁感应定律、屯偶极子、天线基木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、传输和接收过程及和关特性的认识，培养学牛对电磁波分析和电磁波应用的创新能力。
UMX-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《屯磁场与波》的课程建设与改革需耍，紧密配合教学大纲，使课堂环节与实验坏节紧密结合。
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。
电磁场及电磁波实验指导书
电磁场与电磁波实验指导书北华航天工业学院2008.11“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。
目录实验一电磁波反射实验 (3)实验二单缝衍射实验 (5)实验三双缝干涉实验 (7)实验四迈克尔逊干涉实验 (9)实验五偏振实验 (11)实验六布拉格衍射实验 (12)实验一电磁波反射实验一、实验目的1、熟悉分光仪的使用方法2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法二、预习内容电磁波的反射定律三、实验设备与仪器分光仪四、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，我们用一块大的金属板作为障碍物，测量当电波以某一入射角投射到此金属板上的反射角，验证电磁波的反射定律。
五、实验内容与步骤1、熟悉分光仪的结构和调整方法2、连接仪器，调整系统如图1所示，仪器连接时，两喇叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上。
指示两喇叭位置的指针分别指于工作平台的900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（与支座上刻线对齐）拉起平台上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全属板放到支座上时，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900刻度的一对刻线一致。
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。
电磁场理论实验指导书1301
电磁场理论实验指导书叶明钟顺时施燕晨上海大学通信与信息工程学院2013-01-19注意事项一、实验前应完成各项预习任务。
二、实验内容含基础性验证实验和设计性实验。
三、开启仪器前先熟悉实验仪器的使用方法。
四、实验过程中应仔细观察实验现象，认真做好实验结果记录。
五、培养踏实、严谨、实事求是的科学作风。
自主完成实验和报告。
六、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。
七、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。
八、不迟到，不早退，不无故缺席。
按时交实验报告。
九、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。
实验内容目录（具体实验内容按指导教师安排）1．实验一电磁波的反射与折射2．实验二电磁波辐射能量的分布和电磁波的极化3．实验三电磁波检测天线的设计制作与测试4．实验四电磁波传播特性实验基础性实验目的：学生通过实验观测加深对电磁场理论课中所述现象和结论的理解, 从而有助于对课程相关知识点的掌握。
实验一 电磁波的反射与折射1. 实验目的1、研究电磁波在良导体表面上的反射。
2、研究电磁波在理想介质表面上的反射与折射。
3、研究电磁波无反射的条件。
2. 实验原理1). 均匀平面电磁波斜入射到两种不同媒质分界面上的反射与折射当平面电磁波以入射角1θ斜入射于媒质分界面上时，一般既有反射又有折射。
今以平行极化波为例，如图1-1所示。
图 1-1 平行极化波的斜入射 图1-2 平面波对平面夹层的垂直入射入射场为：)cos sin (1)cos sin (011111111ˆ)sin ˆcos ˆ(θθθθηθθz x jk i z x jk i e E ye E z x+-+-=-=i i H E反射场为：)cos sin (1)cos sin (0'1'1'1'11'1'11ˆ)sin ˆcos ˆ(θθθθηθθz x jk r z x jk r e E ye E z x +---=+-=r r H E折射场为：)cos sin (220)cos sin (2022222222ˆ)sin ˆcos ˆ(θθθθηθθz x jk z x jk eE ye E z x +-+-=-=22H E各场量的关系可利用边界条件确定。
电磁场实验指导书(学生用dinggao1)
实验一：验证电磁波的反射和折射定律实验性质：验证性实验级别：必做开课单位：信息与通信工程学院学时：1一、实验目的（1）研究电磁波在良好导体表面上的反射。
（2）研究电磁波在良好介质表面上的反射和折射。
（1）研究电磁波全反射和全折射的条件。
二、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为讨论和分析问题简便，下面所提到的电磁波均指均匀平面电磁波，如下图1所示：入射角斜投射时，入射波、反射波和折射在媒质分界面上有一平行极化波，以1波的电磁场可用下列公式表示：入射波场E 1(01E = x 1θSin +z )111(1)θθβθxSin xCos j e Cos +--H 1 =y101ηE )(111θθβxSin xCos j e+--折射波场E 2=E 02 ( x 2θSin +z )2(212)θθβθxSin xCos j e Cos +--H 2 =y202ηE )22(2θθβxSin xCos j e+--以上各式中1η、2η 分别表示波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t t E E 21=，t t H H 21=。
同时，三种波在分界面处必须以同一速度向Z 方向传播，即它们的波因子必须相等，则有：2211θβθβSin Sin =由此得：'11θθ=上式表明，媒质分界面上反射角等于入射角，即反射定律。
由式得121112120101212θεεθθεμεμθββθSin Sin v v Sin Sin Sin ====上式即折射定律或斯耐尔定律。
在x=0处，把式和式代入式，并根据t t E E 21=，t t H H 21=，则得 (2021'0101)θθCos E Cos E E =-022'010111)(1E E E ηη=-对上两式联力求解，得平行极化波在媒质分界面上的反射系数//R 和折射系数//T 分别为'1111θβθβSin Sin =2211221101//'01θηθηθηθηCos Cos Cos Cos E E R +-==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。
电磁场实验指导书及实验报告
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY题目利用Matlab模拟点电荷电场的分布姓名xxxx学号xxxxxxxxxx班级电气xxxx班任课老师xxxx实验日期2010-10电磁场理论 实验一——利用Matlab 模拟点电荷电场的分布一．实验目的：1．熟悉单个点电荷及一对点电荷的电场分布情况； 2．学会使用Matlab 进行数值计算,并绘出相应的图形;二．实验原理：根据库伦定律:在真空中，两个静止点电荷之间的作用力与这两个电荷的电量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向在两个电荷的连线上，两电荷同号为斥力，异号为吸力,它们之间的力F 满足：R R Q Q k F ˆ212= （式1)由电场强度E 的定义可知：R R kQ E ˆ2= (式2）对于点电荷,根据场论基础中的定义，有势场E 的势函数为R kQU = (式3)而 U E -∇= (式4) 在Matlab 中，由以上公式算出各点的电势U ，电场强度E 后，可以用Matlab 自带的库函数绘出相应电荷的电场分布情况.三．实验内容:1. 单个点电荷点电荷的平面电力线和等势线真空中点电荷的场强大小是E=kq /r^2 ,其中k 为静电力恒量， q 为电量， r 为点电荷到场点P （x ，y ）的距离。
电场呈球对称分布, 取电量q> 0, 电力线是以电荷为起点的射线簇。
以无穷远处为零势点, 点电荷的电势为U=kq /r,当U 取常数时， 此式就是等势面方程。
等势面是以电荷为中心以r 为半径的球面。
◆ 平面电力线的画法在平面上, 电力线是等角分布的射线簇， 用MATLAB 画射线簇很简单。
取射线的半径为( 都取国际制单位） r0=0.12, 不同的角度用向量表示( 单位为弧度） th=linspace(0,2*pi,13）。
射线簇的终点的直角坐标为: ［x,y]=pol2cart(th,r0）.插入x 的起始坐标x=[x ； 0.1＊x]。
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2010
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=、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 eβγ-=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。
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=-=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。
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。
《电磁场分析软件》实验指导书六(RMxprt三相感应电机性能分析)
RMxprt电机性能分析上机实验指导书林友杰2013年11月3日1问题描述⏹建模分析YZD132-8三相感应电机的性能；⏹上机实验用时预计60分钟。
2电机样机参数GENERAL DATA通用数据给定输出功率(kW) Given Output Power (kW): 3。
7额定电压（V) Rated V oltage（V）：380绕组连接形式Winding Connection: Delta（三角形连接）极数Number of Poles: 8给定转速(rpm) Given Speed（rpm)：700频率(Hz）Frequency (Hz）: 50杂散损耗（W) Stray Loss（W）: 37摩擦损耗(W）Frictional Loss（W）：34.5333风阻损耗（W) Windage Loss (W）: 0运行方式Operation Mode: Motor负载类型Type of Load: Constant Power（恒功率）工作温度(C) Operating Temperature (C）：75STATOR DATA定子参数定子槽数Number of Stator Slots：48定子外径（mm) Outer Diameter of Stator（mm）：210定子内径(mm）Inner Diameter of Stator (mm）: 148定子槽类型Type of Stator Slot：2定子槽Stator Sloths0（mm）：0。
8hs1（mm）: 1.05hs2（mm）: 12。
9bs0 (mm）：2。
8bs1 (mm): 4。
9bs2（mm）: 6.7定子铁芯长度（mm）Length of Stator Core（mm)：250定子铁芯的叠压系数Stacking Factor of Stator Core：0.92硅钢片类型Type of Steel：M19_24G冲片分瓣数Number of lamination sectors1压板厚度(mm) Press board thickness (mm）: 5压板是否导磁Magnetic press board：Yes线圈类型Type of Coils: 10线圈节距Coil Pitch: 7每槽导体数Number of Conductors per Slot: 30导体的并绕根数Number of Wires per Conductor：2导线线径（mm）Wire Diameter (mm）：0.93导线绝缘厚度(mm）Wire Wrap Thickness（mm)：0.09极限槽满率（％) Limited Slot Fill Factor (%）: 80导线电阻率Wire Resistivity (ohm。
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。
2018电磁场数值计算实验
二维场域的有限差分法
差分运算的基本概念
拉普拉斯方程的有限差分形式
简单迭代法 超松弛法
差分运算的基本概念
一阶差分
f ( x) f ( x h) f ( x)
f ( x ) f ( x h ) f ( x ) x h
一阶差商
二阶差分
2
2 f ( x) f ( x h) f ( x)
二维场域的有限差分法
差分运算的基本概念
拉普拉斯方程的有限差分形式
简单迭代法 超松弛法
超松弛法
n 1 i, j n 1 i, j
1 n (i , j 1 in, j 1 in1, j in1, j ) 4 1 n 1 n 1 n (i , j 1 in, j 1 i 1, j i 1, j ) 4
计算电磁学的重要性
现代科学研究手段 科学实验
理论分析
计算电磁学
高性能计算
电磁学研究领域的重要分支之一
主要内容
1. 计算电磁学的重要性 2. 电磁场计算方法分类 3.二维场域的有限差分法 4.二维场域的有限单元法
电磁场计算方法分类
镜像法 解析法 分离变量法 保角映射法 …… 有限差分法
数值法
有限元法 ……
计算电磁学的重要性
计算电磁场
相互联系
相互依赖
电磁场工程 电磁场理论
计算电磁场解决实际电磁场工程中越来越复 杂的建模与仿真、优化设计等问题； 电磁场工程为计算电磁场提供实验结果，以 验证其计算结果的正确性。
计算电磁学的重要性
计算电磁场
相互联系 相互依赖
电磁场工程 电磁场理论
计算电磁场为电磁场理论提供研究提供复杂 的数值及解析运算的方法、手段和计算结果； 电磁场理论为计算电磁场问题提供了电磁规 律、数学方程，进而验证其计算结果。
《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。
- 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)。
给背景指定为气球边界条件，给线圈 Coil 施加电流源。 5．设定求解参数
本实验中除了计算磁场，还需要确定作用在螺线管铁心上的作用力，在 求解参数中要注意进行设定 6．设定求解选项
建立几何模型并设定其材料后，进一步设定求解项，在对话框 Setup Solution Options 名进入求解选项设定对话框，进行设置。
三． 实验要求
建立螺线管电磁阀模型后，对其静磁场进行求解分析，观察收敛情况，画各 种收敛数据关系曲线，观察统计信息；分析 Core 受的磁场力，画磁通量等势线，
分析 Plugnut 的材料磁饱和度,画出其 BH 曲线。 作出实验报告，结合理论分析与计算机求解结果进行比较，验证正确性。
(2ϕ1
+ϕ2
+ϕ4
−
h2F)
(1.10) (1.11)
电磁场数值计算与仿真实验指导书
3
图1.3 边界条件的离散化处理 （3）第二类边界条件:边界线与网格线相重合的差分格式：
(
∂ϕ ∂n
)0
≈
ϕ1
− ϕ0 h
=
f2
(4)介质分界面衔接条件 的差分格式
, ϕ0 = ϕ1 − f2h
ϕ0
=
1( 2 4 1+ K
1.1 二维泊松方程的差分格式
图1.1 有限差分的网格分割
二维静电场边值问题：
∂ 2ϕ ∂x 2
+
∂ 2ϕ ∂y 2
=
−ρ ε
=
F
(1.1)
ϕ = f (s) L
(1.2)
通常将场域分成足够小的正方形网格,网格线之间的距离为 h ,节点 0,1,2,3,4 上的电位
分别用ϕ0 ,ϕ1,ϕ2 ,ϕ3 和ϕ4 表示。
1
•
2
图 1.2 边界条件的离散化处理 若场域离散为矩形网格(如图 1.2 示)，差分格式为：
1 h12
(ϕ1
+ϕ2) +
1 h2 2
(ϕ2
+
ϕ4
)
−
(
1 h12
+
1 h2 2
)2ϕ0
=
F
（1）第一类边界条件:给边界离散节点直接赋已知电位值
（2）对称边界条件:合理减小计算场域，差分格式为：
ϕ0
=
1 4
≈
ϕ1 −ϕ3 2h
（1.6）
同理
∂ 2ϕ ( ∂x2 )x=x0
≈ ϕ1 − 2ϕ0 h2
+ϕ3
∂ϕ ( ∂y ) y= y0
≈
ϕ1 − ϕ3 2h
（1.7） （1.8）
∂ 2ϕ ( ∂y 2 ) y= y0
≈
ϕ1 − 2ϕ0 h2
+ ϕ3
将式(1.7)、（1.9）代入式（1.1），得到泊松方程的五点差分格式
图1.5 迭代解程序框图
二、实验内容与要求
试用超松弛迭代法求解接地金属槽内电位的分布。
已知： a = 4 cm，h = a = 10 mm 4
给定边值：如图示
给定初值：
ϕ (0) i, j
=
0
误差范围： ε = 10−5
计算：迭代次数 N =? , ϕi, j 分布。
图 1.6 接地金属槽的网格剖分
二． 实验内容
阅读《ansoft 工程电磁场有限元分析》p.114-p.118，完成如下实验步骤： 叠片钢的模型为四片钢片叠加而成，每一片界面的长和宽分别为 12.7mm 和 0.356mm，两片之间的距离为 8.12um，叠片钢的电导率为 2.08e6S/m，相对磁导 率为 2000，作用在磁钢表面的外磁场 H Z = 397.77 A / m ，即 BZ = 1T ，建立相应 几何模型，并指定材料属性，指定边界条件，上边界和右边界为偶对称边界，上 边界和下边界。分析不同频率下的涡流
ϕ1
+ϕ2
+
2K 1+ K
ϕ3
+ ϕ4 )
其中
K = εa εb
1.3 差分方程组的求解方法(1) 高斯——赛德尔迭代法
ϕ ϕ ϕ ϕ ϕ 1 (k+1) = 4 [ + + + − Fh ] i, j
(k +1)
(k +1)
(k)
(k)
2
i−1, j
i, j−1
i+1, j
i, j+1
式中： i, j = 1, 2,⋅⋅⋅⋅⋅⋅，k = 0, 1, 2,⋅⋅⋅⋅⋅⋅
设函数ϕ 在 x0 处可微，则沿 x 方向在 x0 处的泰勒公式展开为
∑ ( ) ϕχ
= ϕ n (K ) K=0 K!
(χ
− χ 0 )K
+ο
(χ
− χ 0 )n
将 χ = χ1 和 χ3 分别代入式（1.3）,得
（1.3）
ϕ1
=
ϕ0
+
∂ϕ h( ∂x )0
+
1 2!
h
2
(
∂ 2ϕ ∂x 2
)0
+
四． 实验报告内容
1、给出所做螺线管结构图； 2、给出自适应求解的结果，观察是否收敛，若收敛，几步收敛； 3、给出结果各种收敛数据关系曲线和统计信息； 4、给出 core 所受磁场力的结果； 5、给出原图的磁通等势线； 6、实验总结。
实验三 叠片钢涡流损耗分析
一． 实验目的
1．认识钢的涡流效应的损耗，以及减少涡流的方法 2．学习涡流的计算方法 3．学习用 MAXWELL 2D 计算叠片钢的涡流
三、实验报告内容
1. 给出原理、流程图 2. 给出源程序 3. 给出求解的结果 4. 实验总结
实验二 螺线管电磁阀静磁场分析
一． 实验目的
1．练习在 MAXWELL 2D 环境下建立磁场模型，并求解分析磁场分布 2．深入地认识螺线管静磁场的分布
二． 实验内容
阅读《ansoft 工程电磁场有限元分析》p.68-p.89，完成如下实验步骤： 1．生成项目
电磁场数值计算与仿真实验指导书
1
实验一 用超松弛迭代法求解接地金属槽内
电位分布
一、实验原理（有限差分法介绍）
有限差分法（Finite Differential Method）是基于差分原理的一种数值计算法。其
基本思想：将场域离散为许多小网格，应用差分原理，将求解连续函数ϕ 的泊松方程的问 题转换为求解网格节点上ϕ 的差分方程组的问题。
1 3!
h
3
(
∂ 3ϕ ∂x 3
)0
+
⋅⋅⋅⋅⋅⋅
（1.4）
ϕ3
= ϕ0
−
∂ϕ h( ∂x )0
+
1 2!
h
2
(
∂ 2ϕ ∂x 2
)
0
−
1 3!
h
3
(
∂ 3ϕ ∂x 3
)
0
+⋅⋅⋅⋅⋅⋅
（1.5）
电磁场数值计算与仿真实验指导书
2
由（1.4）-（1.5）得
(1.4)+(1.5)得
∂ϕ ( ∂x )x=x0
3. 实验总结。
三． 实验要求
做不同频率下的叠片钢磁场分布图，计算不同频率下的最低磁通密度和涡流 损耗，与理论计算结果进行比较。
四． 实验报告内容
1. 给出不同频率（1Hz，60Hz，360Hz，1kHz，2kHz，10kHz）下的叠片 钢磁场分布图；
2. 结合原理，给出不同频率下的最低磁通密度和涡流损耗及与理论计算结 果比较；
（1.9）
ϕ1 + ϕ2 + ϕ3 + ϕ4 − 4ϕ0 = Fh 2
⇒
ϕ0
=
1 4
(ϕ1
+ ϕ2
+ ϕ3
+ϕ4
−
Fh 2 )
当场域中 ρ = 0, 得到拉普拉斯方程的五点差分格式
ϕ1 + ϕ2 + ϕ3 + ϕ4 − 4ϕ0 = 0
1.2 边界条件的离散化处理
⇒
ϕ0
=
1 4
(ϕ1
+ϕ2
+ ϕ3
+ ϕ4 )
1.87 133
1.90 171
2.0 发散
最佳收敛因子的经验公式：
电磁场数值计算与仿真实验指导书
4
α0
=
2 1 + sin(π
)
（正方形场域、正方形网格）
p
α0 = 2 −π
2
1 + 1 （矩形场域、正方形网格） p2 q2
• 迭代收敛的速度与电位初始值的给定及网格剖分精细有关
• 迭代收敛的速度与工程精度要求有关
i, j
(k +1)
(k +1)
(k)
(k)
2
(k )
i−1, j
i, j−1
i+1, j
i, j+1
i, j
(1.15)
式中：α ——加速收敛因子 (1 < α < 2)
迭代收敛的速度与α 有明显关系
收敛因子（α ） 迭代次数（ N ）
表1.1 迭代收敛的速度与α 的关系
1.0 1.7 1.8 1.83 1.85 >1000 269 174 143 122
(1.14)
• 迭代顺序可按先行后列，或先列后行进行。
• 迭代过程遇到边界节点时，代入边界值或边界差分