电磁场与电磁波实验指导书
南理工电磁场与电磁波实验大纲及指导说明书综述
“电磁场与电磁波”课内实验大纲及实验指导书实验一电磁波参量的测定实验二电磁波的极化唐万春，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：波器用线图1 实验仪器布置图固态信号源所产生的信号经可变衰减器至矩形喇叭天线，在接收端用矩形喇叭天线接收信号，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λ， 再由关系式2,k v f kπωλλ===(1)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。
-L 0L 1L 2-L 3O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 分别表示由空气进入介质板再进入空气后的折射系数, R 与T 为复数。
另外固定的和可动的金属反射板的反射系数均为-1。
假设发射的平面波为：0jkl E E e +-=(2)分析时l 为在喇叭天线Pr0发射的波的传播方向上与相位参考零点所在的面之间的距离(有正、负值之分)，相位参考零点不妨选介质板的中心点。
忽略介质板与金属板之间的多次作用效应，则在反射板1与反射板2处的入射场E +与反射场E -可表示为：()[]1101011exp exp (2)l L l L E RE jkl E RE jk l L +=-==-=-- (3) ()[]2202022exp exp (2)l L l L E TE jkl E TE jk l L +=-==-=-- (4)它们在接收喇叭Pr3处的场为：[][]33011022exp (2)exp (2)l L l L E TRE jk l L E RTE jk l L -=--=-=--=-- (5)由于它们同频同极化，它们相干合成的场可写为[][]()()()()001231320312exp (2)exp (2)exp exp 2exp 21exp 2E E E TRE jk L L RTE jk L L TRE jkL jkL jkL A j k l --=+=------=---+-⎡⎤⎣⎦=+-∆⎡⎤⎣⎦(6)其中()()03121exp exp 2A TRE jkL jk L l L L =---∆=- (7)上述过程可以用图3来示意。
《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。
电磁场与电磁波实验指导打印版
目录实验一、GUNN振荡器 (2)实验二、调制器和晶体检波器 (8)实验三、波导内的传播类型、波长和相位速度 (15)实验四、微波器件参数的测量——Q值和谐振腔的带宽 (21)实验五、微波器件参数的测量——驻波比的测量 (26)实验六、微波器件参数的测量——阻抗测量 (30)实验一、Gunn振荡器1．实验目的本实验的目的是学习微波信号源Gunn振荡器的理论和操作方法。
2．实验原理A、Gunn 效应Gunn效应也称电子迁移效应，是1963年Gunn发现的，如图1－1，当小的直流电压加到硅材料薄片上时[Gunn 在他的实验方法里使用的是GaAs(砷化镓）和InP（磷化铟）] ，在一定的条件下呈现出负阻（negative resistance）特性。
一旦产生负阻，就能够很容易地通过连接负阻到调谐电路产生振荡。
保持半导体材料的负阻状态的条件是：保持加在半导体上的电压梯度超过3000V/cm。
半导体微波源的最适当的调谐电路就是谐振腔。
图1－1 外延GaAs Gunn半导体侧视图Gunn 效应只发生在n型半导体材料上，这是半导体自身特性的结果。
研究发现有关结或连接点的特性的任何参数和电压、电流都不影响Gunn效应，只有电场是需要高于阈值的，才能保持振荡。
Gunn二极管对磁场不敏感，因此，它对任何入射磁场都不响应。
振荡器的频率主要取决于电子束穿过材料薄片的时间。
B、负阻和转移电子效应图1－2是GaAs的能带和能级。
注意到这种材料（GaAs）在能级的顶部具有空能带，部分满的能带在空能带下面，当N型材料参杂入这种材料并有电压加在二极管上时，将有剩余电子产生流动。
图1－2 GaAs Gunn 二极管的能级流过二极管的电流与电压成正比，电流方向朝着GaAs的正极。
电压越高、电流越大的情形等效于正电阻。
然而，当电压达到足够高时，电子不会再流动的更快些，而是迁移到更高的能带。
此能带空穴多，迁移率低，结果电流减少了，二极管就表现出负阻现象。
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。
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。
(最新)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—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)、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。
工程电磁场与电磁波实验指导书
《工程电磁场与电磁波》实验指导书微波分光仪简介一、微波分光仪概述DH926B型微波分光仪是用来进行有关电磁波的反射、衍射（绕射）、干涉和极化等方面的实验演示及测试的系统。
它由分度转台、3cm微波固态信号源、反射板、介质板、喇叭、微安表组成。
二、微波分光仪工作原理微波虽然有和光波不同的地方，但就电磁波的本质来说，它们具有波动的某些共同特点，如反射、折射、绕射、干涉、偏振以及能量传递等。
我们正是充分利用微波的准光特性，模仿光学实验的基本方法，开展了下列几个极有意义的实验，以培养学生的基本技能和加深对电磁波的认识。
三、微波分光仪系统主要组成DH926B微波分光仪系统主要由DH926B微波分光仪及DH1121B型三厘米固态信号源组成。
1．DH926B型微波分光仪的主要配件序号 名称 数量1分度转台 12喇叭天线 23可变衰减器 14晶体检波器 15视频电缆 16金属反射板 27单缝板 18双缝板 19半透射板 110模拟晶体（模拟晶体及支架） 111读数机构 112支座 113支柱 414模片 115技术说明书 13．DH1121B型三厘米微波固态信号源的主要配件序号 名称 数量1主机电源 12振荡器/隔离器单元 13技术说明书 14保险丝管（0.5A，1A） 各15电源线 16技术说明书 1其中，DH1121B型的三厘米固态振荡器发出的信号具有单一的波长（出厂时信号调在32mmλ=上），这种微波信号就相当于光学实验中要求的单色光束。
三厘米固态振荡器上的调节千分尺是用来调节振荡器的频率的。
DH926B型微波分光仪的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20°，E面是16°。
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振方向是垂直于水平面的；可变衰减器用来调节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）。
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 。
电磁场与电磁波实验指导书.
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、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。
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 │ =[60 Im cos( π cos θ /2)]/R 。
电磁波与电磁波实验指导书
《电磁场与电磁波》实验指导书电子信息教研室：刘明堂2008-11-1电磁波与电磁波实验指导书一、实验名称电磁波综合实验二、实验简介本实验课程属工科电子类专业的一门技术实践课，也是“电磁场与电磁波”课程的配套必修基础实验课。
实验中学生应用学习的电磁场与电磁波基本理论知识，自己动手制作电磁波感应器，并用以测试研究电磁波的传播、极化等特性。
通过实验学生还可以了解电磁场与波各实验的原理和方法，熟悉“电磁场与电磁波”实验中常用仪器设备的使用和基本操作技能，为今后从事科学研究和工程实践打下坚实基础。
三、实验目的和任务通过该基础实验，使学生加深对“电磁场与波”课程中基本理论和基本方法的理解，了解常用微波仪器的使用和操作方法，增强学生的实验技能和基本操作技能，在提高学生学习电磁场与波课程兴趣的同时，培养和提高学生的动手能力和理论知识的工程应用能力。
为此目的，学生需完成“电磁波感应器的设计与制作”，“电磁波传播特性研究”，“电磁波的极化”等三项基础实验任务。
四、适用专业电子信息类本科专业五、实验涉及核心知识点电磁波的产生、天线、电磁波的传播、电磁波的反射、电磁波的极化、电磁波的干涉。
六、考核方式根据学生实验后所完成的实验报告，按优、良、中、差评定成绩。
实验课的成绩由各次实验的成绩综合评定，并按比例记入学生“电磁场与波”课程的总成绩。
七、总学时8学时八、教材名称及教材性质“电磁场与电磁波实验指导”，自编讲义。
九、参考资料“电磁场与电磁波”，谢处方，高等教育出版社，第三版；“电磁场与电磁波”，杨显清等，国防工业出版社，2003.7；“电磁场理论”，全泽松，电子科技大学出版社，1995.12。
十、实验内容和要求。
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。
- 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)。
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。
被测模型是在碳素导电纸上按所需的几何形状，尺寸制成如图1所示的金属“电极”。
在金属“电极”上加所需的电压（本实验所需电压约为10伏），以保证所需的边界电位值。
2、自制“网格板”：为保证各被测点位置，采用“网格板”来定位。
该“网格板”是用透明塑料薄板，板上沿X、Y坐标轴每一厘米打一个小孔，这样就形成了一个正方形网格阵，如图2。
测量时使用万用表逐点测量各点电位值，并记录。
3、按图2连接好电路，先测稳压源输出电压，估算三用表测量误差。
四、测量数据：五、几个问题：本实验方法很简单，但是一个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：a)将平行板电容器的被测模型所测的数据画出距离—电位图象，与平行板电容器理论上的电位—距离比较，并解释为什么在Y=0及Y=10厘米附近（“电极”附近）电位有急剧变化。
b)若要模拟有边缘效应的情况，其被测模型应如何改变？c)根据所测得的边界条件数据，编程算出加盖模型空间内X=3、Y=7（厘米）点电场的近似值E（3、7）=？若要精确求出各点电场值，实验应该如何改进？d)造成本实验误差的因素有哪些？应如何克服？e)如果想要模拟三维边值型静电场，你认为可以采取什么方法？平面电磁波的反射和干涉实验一、实验目的：利用平面线极化电磁波投射到介质板上产生反射波和投射波的干涉现象来了解平面电磁波传播的一些基本特性。
利用干涉条纹（即空间驻波）的分布可以学习一种测量微波波长的方法，观察在介质中电磁波的传播从而测量其相对介电常数。
二、实验原理：与光学麦克尔逊干涉仪基本原理相同，只是采用微波（厘米级）代替光波（微米级）而已。
如图示：由发射喇叭发射的平面线极化电磁波，射向与电磁波传播方向成45度的半透明介质板P，其中一部分电磁波被P反射，向活动金属板A方向传播，而另一部分电磁波透射过P板向固定金属板B方向传播。
此电磁波被分为极化方向一致而传播方向垂直的两束电磁波。
因此半透明反射板也被称为分束板。
为使得入射的电磁波被分为振幅近似相等的两束波，以提高实验效果，故将反射介质板采用两层介质板构成。
如图3—1所示，被分束后的两束电磁波各自遇到金属板发射回分束板，再经反射或透射后有一部份分别进入接收喇叭天线。
由于第①和第②两束波所经过的路径各不相同，而分束板对两路信号的作用是相同的。
因此接收喇叭天线所接收的信号值与A、B两板的位置和其路径中有无其他材料有关。
当两束波经不同路径所引起的相位差为2π的整数倍时，两波相迭加干涉加强。
当其相位为π的整齐次倍时，两波相干涉减弱，如果入射波波长为λ，两波之波程差为δ。
当δ=Kλ K=0，±1，±2，……时接收天线检波后电流表有极大指示。
当δ=λ12+kK=±1，±2，±3 ……时接收天线检波后电流表有极小指示。
如果B板固定不变，从端点移动A板来改变波程差δ，当出现电流表指示极小时，A板位置在某处（由千分尺读出），再同方向继续移动A板又再次出现电流表指示极小时，A板的移动位置改变恰好为λ/2。
继续同方向移动A板，当其指示的m+1个极小点时移动距离就为m/2个波长，由此可测出微波源的波长。
在实验时也可以测量其极大值点，但通常测极小点比极大点准确。
相对介电常数εγ的测量原理如下：在图3—1中，固定反射板B 前插入一块介电常数为εγ的介质板。
这时在这一路经中电磁波传播的波程改变了，由于插有介质板的这一路电磁波波程增加了δ∆。
δ∆ =2d （εγ21-1）这样必然改变了原来两束波相干的极小点位置。
如将可移动金属板A 向后移动∆，使得 ∆=2δ∆则回到原来同级的极小点。
测得 ∆与介质板厚度d 后可由下列公式求出εγ。
∆ =d （εγ21-1）三、实验内容：实验装置如图3—1所示，微波源与各透射板、反射板有足够的距离以保证近似为平面波。
分束板应与入射电磁波成450，与两反射板也成45，A 、B两反射板互相垂直。
1、分别调整微波源的发射角度和仰角，使接收天线和发射天线在同一平面。
并注意接收与发射有相同的极化面。
2、好移动反射板A ，观察接收信号强弱变化，要使其相干加强时尽可能的电表指示最大，相抵消时尽可能的指示最小。
（通常使其电表最大指示与最小指示之比在10比1以上）3、调节可移动反射板A ，测出电流表指示极小点时A 板的位置S0、S1、S2、S3、。
，后求出电磁波的波长λ。
4、小心在固定反射板前插入介质板后对应的同级极小点相应位置及移动距离 ∆，用千分尺测出介质板厚度d 。
求出εγ数值。
注：①公式 ∆=d （εγ21-1）是在忽略介质板表面反射时得出的。
②测极小值A 板位置时有时感到不够尖锐，可以测量极小点两边变化较灵敏的点然后再处理。
∆= d= εγ=21⎪⎭⎫⎝⎛+∆dl =四、心得收获：电磁波的极化实验一、实验目的：1、学习电磁波极化的测量方法2、学会判读线极化波，园极化波的方法 二、实验原理：平面电磁波沿轴线前进没有E z 分量，一般具有E χ分量和E y 分量，如果E y 分量为零，只有E χ分量我们称其为X 方向线极化。
如果只有E y 分量而没有E χ分量我们称其为Y 方向线极化。
在一般情况下，E χ 和 E y 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。
如果此两个分量的电磁波的振幅和相位不同时，可以得到各种不同极化形式的电磁波。
1、如果此电磁波的 分量为：E χ=Exmcos （ωt+ϕ1-kz ）其中 分量为：E y=Eymcos （ωt+ϕ2-kz ）ϕ1、ϕ2为初相位，K=λπ2。
如果ϕ1等于ϕ2，或 ϕ1与ϕ2相位差为2n π时，其合成电场为线极化波，其幅度为：E =E E +22y x =E E +22ym xm cos （ωt-kz+ϕ1）电场分量与X 轴的夹角为：tg α=E E xy =EE xmym =常数2、如果ϕ1与ϕ2相差900或2700相角，则：E χ=Exmcos （ωt-kz+ϕ1）E y=Eymcos （ωt-kz+ϕ2）合成电磁场为：E =E E +22y x =E m =常数它的方向是：tg α=EE xy =tg(ωt-kz+ϕ1)α=ωt-kz+ϕ1表示合成场振幅不随时间变化，其方向是随时间而旋转的圆极化波。
3、 如果其相位不为00，0180也不是090、0270时，合成波为椭圆极化波。
三、试验内容及装置：1，微波源 2，隔离器 3，负载 4，可变衰减器 5，T 接头 6，喇叭 7，喇叭 8，可变相移器 9，喇叭 10，检波器 11，指示电表 T 型接头用以将传来的微波功率分成等强度的两束波。
衰减器用以调节此支路中的功率强弱。
相移器用以调节此支路中的初相位Ø，从而产生相位的变化。
首先用金属板挡住喇叭6，转动接受喇叭9测出喇叭7的辐射图（线极化）。
2，用金属板挡住喇叭7，利用接受喇叭9测出喇叭6的辐射图（线极化）3，喇叭6和喇叭7同时辐射，使喇叭9在水平方向和垂直方向指示相同（不同时可调节衰减器改变两束波的振幅使其相等）测其合成幅图，再调节相移器测出园极化和不同的移量时的椭圆极化图像。
四、说明：将试验测量所得的图形与教材上所示结果对比，说明二者不同的原因，并将此说明写在试验报告上。
图二，理论极化图与对应实测极化图像。
其中如图二所示A 为椭圆长轴，B 为椭圆短轴。
其所测图像中A 为椭圆长轴，B 为椭圆短轴。
当B 等于零时为线极化波，B 等于A 时为园极化波。
五、实验数据：六、作业：双导线传输线阻抗测量与阻抗匹配实验一、实验目的：熟悉双导线传输线上的三种工作状态；学会双导线测量与单枝节匹配。
二、实验内容：1、 观察双导线传输线接不同负载时传输线上工作状态。
2、 测量双导线传输线的负载阻抗。
3、 用单枝节对负载阻抗进行阻抗匹配。
三、实验设备：米波信号源、长线盒、驻波表、单枝节匹配器、天线、短路片、240Ω电阻。
四、实验步骤：1、 负载端短路（接短路片），从负载端开始，用驻波表每10CM 测一个值（测前先调节驻波表后面电位器，使驻波表沿线最大指示电流大约为80μA ，），共测12个点，填入下表：找两个相邻的电压波节点，利用支柱法测信号源波长：λ =（43Z +Z ）—（21Z +Z ）= Cm短路点 1Z 2Z 3Z 4Z2、负载端开路，用驻波表测量驻波电压沿线分布，从开路端开始，用驻波表每10CM 测一3、 负载端接240电阻，用驻波表测量驻波电压沿线分布，从负载端开始，用驻波表每4、负载端接天线，用驻波表测量最大电压max 与最小电压 min ，求出驻波系数：ρ= minmax =minmaxI I = 用圆图读出天线的负载阻抗L Z =方法：用驻波表从天线端开始，找到第一个电压波节点的位置，在长线盒上读出到天线的距离d min ，换算为电长度d min /λ，由电压波节点开始，向负载方向转d min /λ电长度，到A 点（天线）。