实验一 电基本振子辐射分析
电振实验报告
电振实验报告电振实验报告引言：电振实验是一种常见的物理实验，通过在电路中加入振荡电路，利用电磁感应现象使电路产生振荡现象。
本实验旨在通过搭建电振实验装置，观察和研究电振现象的特性，并探究其在实际应用中的意义。
实验装置：本次实验所使用的装置主要包括电源、电感、电容和电阻等元件，以及示波器和万用表等仪器设备。
其中，电源提供实验所需的电能，电感和电容则构成了振荡电路的核心部分，电阻则用于调节电路的阻尼系数。
示波器和万用表则用于观测和测量电路中的电压和电流等参数。
实验步骤：1. 首先，将电感和电容按照一定的连接方式接入电路中，形成一个简谐振荡电路。
2. 在电路中加入适当的电阻，以调节电路的阻尼系数。
3. 将电源接入电路，调节电源的输出电压，使电路达到振荡状态。
4. 使用示波器观测电路中的振荡波形，并使用万用表测量电路中的电压和电流等参数。
5. 根据实验结果，分析电路的振荡特性，如振荡频率、振幅和相位等。
实验结果：通过实验观测和测量，我们得到了以下实验结果：1. 振荡频率：根据示波器显示的波形周期，我们可以计算出电路的振荡频率。
实验结果表明，振荡频率与电感和电容的数值相关，且与电阻无关。
2. 振幅：通过示波器观测电路中的振荡波形，我们可以得到振荡的最大振幅。
实验结果表明，振幅与电源输出电压、电感和电容的数值相关。
3. 相位：通过示波器观测电路中的振荡波形，我们可以得到振荡波形的相位差。
实验结果表明，相位差与电感和电容的数值相关。
实验分析：基于以上实验结果，我们可以对电振实验进行进一步分析和解释：1. 振荡频率的影响因素：振荡频率主要受到电感和电容的数值影响。
较大的电感和电容数值会导致较低的振荡频率，反之亦然。
2. 振幅的影响因素：振幅主要受到电源输出电压、电感和电容的数值影响。
较大的电源输出电压、电感和电容数值会导致较大的振幅。
3. 相位差的影响因素：相位差主要受到电感和电容的数值影响。
不同数值的电感和电容会导致不同的相位差。
电基本振子远区场的特点
电基本振子远区场的特点
1.辐射场的存在：在电基本振子远区场中，振荡源的电荷产生的电场
和磁场会以波的形式向外辐射，形成辐射场。
这是因为在远离振荡源的区域，电磁波能够以平面波的形式传播。
2.波前面的膨胀：在电基本振子远区场中，辐射场的波前面会呈现出
膨胀的形式。
这是因为振荡源辐射的电磁波会不断向外传播，其波前面随
着距离的增加而扩散，即波前面的曲率半径趋于无穷大。
3.波的疏散：在电基本振子远区场中，辐射场的波矢量在空间传播中
会发生疏散，即波矢量的大小随着传播距离的增加而减小。
这是因为电磁
波的传播速度是常数，而传播距离的增加会使波矢量的分量分散到更大的
空间体积上。
4.能量和功率的辐射：在电基本振子远区场中，振荡源辐射的电磁波
携带着能量，能够向外传播。
这些辐射的能量和功率与振荡源的振荡频率
有关，随着频率的增加而增加。
5.辐射的方向性：在电基本振子远区场中，振荡源辐射的电磁波呈现
出一定的方向性。
这是因为振荡源辐射的电磁波是以波束的形式向外传播，波束的方向由振荡源的辐射模式和天线的方向性决定。
需要注意的是，以上特点是在电基本振子远区场的近似分析中得出的，实际情况可能会受到许多因素的影响而有所不同。
此外，对于不同类型的
电基本振子（如电偶极子、电四极子等），在远区场中的特点也会有所不同。
实验7
实验七基本辐射单元和对称振子方向图一、实验目的（仿真）1）了解基本电振子（电偶极子），基本磁振子（磁偶极子），基本缝隙，惠更斯面元等构成实际天线的基本单元结构。
2）了解这些基本辐射单元在空间产生的辐射场的特征。
3）了解对称振子的远区空间辐射场的具体情况。
二、实验内容1.基本电振子：基本电振子所辐射的电磁场强度不仅与r有关，而且与观察方向θ有关。
在振子的轴线方向，场强为零；在垂直于振子轴的方向上，场强最大；在其它方向上，场强正比于sinθ。
2.基本磁振子：基本磁振子所辐射的电磁场的空间图形与基本电振子一样，这是因为基本电振子的辐射是振子上电流产生的辐射与基本磁振子的辐射是振子表面切向磁场产生的磁场是等效的。
3.基本缝隙：基本缝隙所辐射的电磁场与基本磁振子完全相同，基本缝隙与基本磁振子是等效的。
4. 惠更斯面元：惠更斯面元所辐射的电磁场在空间是一个对称于面元法线的心脏形方向图。
5.对称振子的方向图：对称振子的方向性函数与振子的臂长l有关，是振子臂电气长度的函数。
振子臂长较短时，波瓣较宽，方向性较差；随着臂长增加，方向性逐渐改善；但是臂长超过半个波长时,会出现一些边波瓣，甚至会使主波瓣发生分裂。
当对称振子的臂长在四分之一波长附近时，没有边波瓣，主波瓣随臂长的变化也不显著，半波对称振子在天线中得到普遍应用。
三、实验步骤：1、运行实验界面得天线部分界面，点击相应的按钮或得相应的仿真计算结果2、运行实验界面得对称振子界面，点击相应的按钮或得动态仿真计算结果四、实验结果记录与分析要求：1、记录各种单元的场强分布图形。
2、查阅资料找到各基本单元场强数学表示形式。
填入下表（最好能查齐，至少硬件实践：一、实验目的1 ．了解鞭状天线、八木天线、壁挂天线等的构造及其特性2 ．学会用频谱仪测量天线的方向图。
二、实验仪器1 ．鞭状天线、八木天线、壁挂天线（选购）。
2 ．微波信号源（选购或用锁相源、跟踪振荡器等代替）。
3 ．频谱仪（标配）。
基本辐射单元方向图实验
实验一基本辐射单元方向图
一、实验目的
基本辐射单元，指的是基本电振子（电偶极子），基本磁振子（磁偶极子），基本缝隙，惠更斯面元等。
它们是构成实际天线的基本单元。
通过本次实验使学员们了解这些基本辐射单元在空间产生的辐射场。
二、实验指导
实验界面有三个显示区：立体方向图、E面方向图、H面方向图，分别用来显示基本辐射单元在空间产生的辐射场的立体方向图、E面方向图和H面方向图。
，则基本电振子的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见基本电振子所辐射的电磁场强度不仅与r有关，而且与观察方向θ有关。
在振子的轴线方向，场强为零；在垂直于振子轴的方向上，场强最大；在其它方向上，场强正比于sinθ。
，则基本磁振子的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见基本磁振子所辐射的电磁场的空间图形与基本电振子一样，这是因为基本电振子的辐射是振子上电流产生的辐射与基本磁振子的辐射是振子表面切向磁场产生的磁场是等效的。
，则基本缝隙的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见基本缝隙所辐射的电磁场与基本磁振子完全相同，基本缝隙与基本磁振子是等效的。
，则惠更斯面元的方向图在显示区内显示出来，由显示图形可见惠更斯面元所辐射的电磁场在空间是一个对称于面元法线的心脏形方向图。
点击按钮。
电基本振子与磁基本振子的辐射
8π kI l 2 | | 0 2P 8π k l 2 20 2 3 4 π 2 | | π ( l ) 0 I I2 3 4π 3 2
在自由空间，0 120π ，代入上式得到
Rrad 80π
2
(l )2
2
10
电磁场与电磁波 · 第二十七讲 电基本振子与磁基本振子的辐射 · 章献民
电基本振子辐射场的特征—辐射电阻
定义天线辐射电阻Rrad为 P
2 0
1 2 I Rrad 2
P d d r 2 sin Sr
0
0 kI l
2 | 4π
| 2π d sin 3
2 0
π
4π kI l 2 0 | | 3 4π
由此可得
Rrad
电磁场与电磁波 · 第二十七讲 电基本振子与磁基本振子的辐射 · 章献民
11120010 电磁场与电磁波
27 电基本振子与磁基本振子的辐射
章献民
zhangxm@ 2012年5月31日星期四
1
电磁场与电磁波 · 第二十七讲 电基本振子与磁基本振子的辐射 · 章献民
电基本振子
电基本振子（也称赫兹电偶极子）
因为小电流环上的电流处处等幅同相，环本身又构成闭合回路，不会造成电荷的宏 观堆积，故小电流环产生的标量位0， 故由
由磁偶极子的矢量位A，求H和E
Ar
H
1 jkr jkr e M r 2 4πr
IS 1 e jkr jk sin 0 r r 4π
A
ISk 2 e jkr 1 1 1 1 H r 2cos θ 1 sin 0 0 2 2 4π r j kr j kr j kr j kr
电基本振子的场PPT讲稿
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(1-1)
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（一）远区场 r
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场相似，磁场和恒定电流场中的电流元的磁场 相似，所以近区场为似稳场. 2、由于场强与距离的高次方成反比，所以近区 场随距离的增大而快速减小。
3、电场与磁场相位相差 90度 ，说明波印廷矢量是虚数， 也就是说，在一个周期内，电场能量和磁场能量在相互交换， 没有能量向外辐射，这种场称为感应场（束缚场）。
3、辐射的强度与电基本振子上的电流强度成 正比。
4、辐射场的强度与距离成反比。
5、在不同的方向上，辐射的强度是不相等的。 这表明电基本振子的辐射是有方向性的。
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（二）近区场
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（一）远区场
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k 2I Al sin e jkr 4 0 r
实验一电基本振子辐射分析
实验一电基本振子辐射分析实验一电基本振子辐射分析1、实验目的：通过MATLAB 编程，熟悉电基本振子和对称振子的辐射特性，了解影响对称振子辐射的因素及其变化对辐射造成的影响2、实验设备：计算机、matlab7.0仿真软件3、电基本振子的辐射实验原理：3.1电点基本振子电基本振子（Electric Short Dipole ）又称电流元，它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l 远小于波长λ，其半径a 远小于l ，同时振子沿线的电流I 处处等幅同相。
用这样的电流元可以构成实际的更复杂的天线，因而电基本振子的辐射特性是研究更复杂天线辐射特性的基础。
图3-1 电基本振子的坐标电基本振子在无限大自由空间中场强的表达式为：22302230001sin ()421cos()411sin ()40r jkr jkr r jkr H H Il k H j e r r Il k E j e r r Il k k E A j j e r r r E θ?θ?θππωεθπωε---=??=??=+=-???=+-??=??（2-1） 3.2数学模型电基本振子的辐射场可以分为近区场和远区场。
如果kr<<1即（r<<λ/(2π)）的区域称为近区，近区场的另一个重要特点是电场和磁场之间存在π/2的相位差，于是坡印廷矢量的平均值为0，能量在电场和磁场以及场与源之间交换而没有辐射，所以近区场也称为感应场，本实验不涉及。
本实验计算的远区场kr>>1（即r>>λ/(2π)的区域称为远区），在此区域内，电基本振子满足条件：23111()()kr kr kr >>>> 则远区场表达式为：sin 260sin 0jkr jkr r r Il H je r Il E j e r H H E E ?θθ?θλπθλ--?==??==== （2-2）可见场强只有两个相位相同的分量（E θ,H φ）。
微波电基本振子实验总结
微波电基本振子实验总结引言：微波电基本振子实验是电磁波学领域中的基础实验之一，通过该实验可以深入了解微波电磁波的性质和传播规律。
本文将从实验的目的、原理、实验装置以及实验过程和结果等方面进行总结。
一、实验目的微波电基本振子实验的主要目的是通过观察和测量微波电磁波在传输介质中的特性，了解微波的基本性质和传输规律。
同时，通过实验可以掌握一些基本的微波电路的设计和调试技巧。
二、实验原理微波电基本振子实验是基于微波电磁波的谐振现象进行的。
当微波电磁波与特定的谐振腔相互作用时，会发生能量传递和干涉现象，形成稳定的振荡状态。
实验中根据谐振腔内的电场分布和谐振频率的测量，可以得到微波电磁波的频率和波长等重要参数。
三、实验装置实验装置主要包括微波信号源、功率计、谐振腔、微波探头等。
微波信号源产生并发射微波信号，功率计用于测量微波信号的功率大小，谐振腔是实验中的主要实验装置，用于产生稳定的谐振电场分布，微波探头用于探测和测量谐振腔内的电场强度。
四、实验过程1. 搭建实验装置：将微波信号源、功率计、谐振腔和微波探头依次连接好，并确保连接稳定可靠。
2. 调节微波信号源：根据实验要求设置微波信号源的频率和功率，使其能够与谐振腔产生共振。
3. 测量谐振频率：通过改变谐振腔的尺寸或微波信号源的频率，找到谐振频率，并使用功率计进行测量和记录。
4. 测量电场分布：使用微波探头在谐振腔内进行扫描，记录不同位置的电场强度，并绘制出电场分布曲线。
5. 分析实验结果：根据测量结果，计算微波的频率、波长以及谐振腔的特征参数，进一步分析微波电磁波的特性和传输规律。
五、实验结果根据实验测量结果，可以得到微波的频率、波长以及谐振腔的特征参数。
通过分析这些结果，可以进一步了解微波电磁波的传输特性和应用。
六、实验总结微波电基本振子实验是电磁波学中的重要实验之一，通过该实验可以深入了解微波电磁波的特性和传输规律。
实验的结果可以为微波电路的设计和调试提供参考，同时也为深入研究微波技术的应用奠定基础。
电基本振子远区场的特点
电基本振子远区场的特点
首先，电基本振子远区场具有辐射性。
在远离源点的位置，电场和磁场都会随距离的增加而减弱，呈现放射状传播的特点。
这是因为在远场，振子的辐射功率会以球面扩展的形式传播出去。
其次，电基本振子远区场具有偏振性。
电磁波在远场中传播时，由于电磁振荡的方向偏好，电场和磁场的振荡方向会保持一致，形成特定的偏振状态。
根据振子的几何结构和辐射功率，可以确定电场和磁场的偏振方向。
另外，电基本振子远区场具有相干性。
相干性是指振子在空间和时间上的各个点上的振荡具有相同的相位关系。
换而言之，振子在不同位置的电场和磁场变化始终保持一致，形成相干的场。
此外，电基本振子远区场还具有波动性。
电场和磁场的变化随时间的推移而发生，呈现出波动现象。
根据振子的频率，可以确定波长和波速，从而了解场的传播性质。
最后，电基本振子远区场具有超远场效应。
当观察距离远离源点的时候，电磁波将到达性质完全不同于源的位置。
这种效应表明，在距离源很远的位置，电磁波的物理特性将会发生明显的变化。
总的来说，电基本振子远区场是电磁振荡在远离源点的位置产生的特有场景。
具有辐射性、偏振性、相干性、波动性和超远场效应等特点。
了解和研究这些特点对于电磁学的深入理解和应用都有重要意义。
微波电基本振子实验总结
微波电基本振子实验总结一、引言微波电基本振子是一种重要的电子器件，广泛应用于通信、雷达、导航等领域。
本文旨在总结微波电基本振子实验的基本原理、实验过程和实验结果，以及对实验结果的分析和讨论。
二、实验原理微波电基本振子是一种能够产生稳定频率的电路，其基本原理是利用谐振电路在特定频率下形成自激振荡。
在实验中，我们采用了微波管二极管作为振荡器的主要元件，通过调节外部电路的参数，使得振荡器在特定频率下工作。
三、实验过程1. 准备实验所需的仪器和元件，包括微波管二极管、电源、频率计等。
2. 搭建实验电路，按照实验指导书给出的电路图连接各个元件。
3. 打开电源，调节频率计的刻度，使得其显示的频率在微波频段。
4. 调节微波管二极管的工作状态，使得振荡器开始工作。
5. 使用频率计测量振荡器的输出频率，并记录下来。
6. 根据实验要求，调节外部电路的参数，观察振荡器的输出频率的变化。
7. 经过一系列实验，收集实验数据。
四、实验结果通过实验，我们得到了一系列振荡器在不同条件下的输出频率数据。
根据这些数据，我们可以发现振荡器的输出频率与外部电路的参数有关，例如电容、电感等。
同时，我们也观察到了振荡器的输出频率在一定范围内是稳定的，符合我们的预期。
五、结果分析通过对实验结果的分析，我们可以得出以下结论：1. 外部电路的参数对振荡器的输出频率有明显影响，这是因为振荡器的工作原理是利用谐振电路的特性。
2. 在一定范围内，振荡器的输出频率是稳定的，这是因为微波管二极管具有较好的稳定性。
3. 实验结果与理论分析基本吻合，验证了微波电基本振子的工作原理和设计方法的正确性。
六、实验总结通过本次实验，我们深入了解了微波电基本振子的工作原理和实验方法。
实验结果表明，微波电基本振子是一种能够产生稳定频率的电路，具有重要的应用价值。
同时，我们也学习到了实验过程中的注意事项和技巧，提高了实验操作的能力。
七、展望微波电基本振子是微波技术领域的重要组成部分，未来还有很多研究方向和应用前景。
基本振子的辐射
基本振⼦的辐射第⼆章基本振⼦的辐射1、基本电振⼦（Electric Short Dipole ）1.1基本振⼦的辐射场基本电振⼦⼜称作元天线或电流元，或基本振⼦，它是⼀个长为的⽆穷⼩直导线，其上电流为均匀分布I 。
如果建⽴如图2-1所⽰坐标系，由电磁场理论很容易求得其⽮量位A 为00?()4??4j R ll j r z e A z I z R e z Idz z A r ββµπµπdz ′′===∫（2.1）图2-1 (a) 基本振⼦及坐标系 (b) 基本振⼦及场分量取向在球坐标系中，A 的表⽰为r A rA A A θθ?=++ ，利⽤球坐标中⽮量各分量与直⾓坐标系中⽮量各分量的关系矩阵 sin cos sin sin cos cos cos cos sin sin sin cos 0x r y z A A A A A A θ?θ?θ?θθ?θ?θ?=?????????（2.2）因，可得 0x y A A ==cos sin 0r z z A A A A A θ?θθ?=?==? （2.3）由00A E j A j ωωµε??=?+ i 和01H A µ=?× ，可得基本振⼦的电磁场各分量为 02021sin 1411sin 14()1cos 120j r j r j rr r Idz H j e r j r Idz E j e r j r j r Idz E e j r r E H H β?βθβ?θβθπββηθπββηθβπ=+????=++???=+===??? （2.4）式中，E 和H 分别为电场强度和磁场强度；下标、r θ、?表⽰球坐标系中的各分量。
⾃由空间媒质的介电常数为129018.854/10/3610F m F επ??=×≈× m ；磁导率为70410/H m µπ?=×；相位常数2/βπλ=；λ为⾃由空间中的波长；0η=为媒质中的波阻抗，在⾃由空间中0120ηπ=欧；θ为天线轴与⽮量之间的夹⾓。
(整理)电磁场理论 实验
电磁场理论 实验示例实验1. 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 kF ˆ212= (式1) 由电场强度E 的定义可知：R RkQ 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 kQ U =(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) 画单个点电荷的平面电场线与等势线，正点电荷与负点电荷任选一个作图；(2) 画一对点电荷的平面电场线与等势线，可以在一正一负，两个负电荷和两个正电荷之中任选一组；(3) 画出(1)中的三维图形。
四、实验步骤1．对于单个点荷的电力线和等势线：真空中点电荷的场强大小是：2r kq E = （式5） 其中k=9109⨯为静电力恒量，q 为点电荷的电量，r 为点电荷到场点P (x,y)的距离。
电场呈球对称分布，本实验中，取点电荷为正电荷，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：rkq U = （式6） 当U 取常数时，此式就是等势面方程。
等势面是以电荷中心，以r 为半径的球面。
（1） 平面电力线的画法：在平面上，电力线是等角平分布的射线簇，取射线的半径为0r =0.12。
其程序如下：r0=0.12; % 射线的半径th=linspace(0,2*pi,13); % 电力线的角度[x,y]=pol2cart(th,r0); % 将极坐标转化为直角坐标x=[x;0.1*x]; % 插入x 的起始坐标y=[y;0.1*y]; % 插入y 的起始坐标plot(x,y,'b') % 用蓝色画出所有电力线grid on % 加网格Hold on % 保持图像plot(0,0,'o','MarkerSize',12) % 画电荷xlabel('x','fontsize',16) % 用16号字体标出X 轴ylabel('y','fontsize',16) % 用16号字体标出Y 轴title('正电荷的电力线','fontsize',20) % 添加标题图1 正电荷的电力线（2） 平面等势面的画法在过电荷的截面上，等势线就是以电荷为中心的圆簇。
电基本振子的场.ppt
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（5.7-20a）
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A ez
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H j E
第一章 基本辐射单元与天线的电参数
§1-1 基本振子的辐射
一、电基本振子的辐射
什么是电基本振子
I Al
长度 l 远小于波长 的载有高频电流I A 的一段电流元
2019/11/2
电基本振子的辐射场
H E J
t
E H
t
矢量位：
r
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J r ' e jkR dV '
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j I Al 1 sin 4 r 3 0
H
I Al
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E H r H 0
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重要的结论：
1、在近区，电场与和静电场中的电偶极子的电
场相似，磁场和恒定电流场中的电流元的磁场 相似，所以近区场为似稳场.
I Al
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I Al
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2
第2章 基本振子的辐射
相量表达式
k2 k Il 1 1 E sin j 2 j 3 exp( jk r ) 4 0 r r r 7
参数说明
在自由空间中，介电常数 0=10-9/36 F/m， 导磁率 mm04×10-7 H/m，相移常数k k0 = 2/0（0为自由空间中的波长）。上述各式中 均已略去时间因子exp(jt)。
I I m sin t
6
ˆr Er e ˆ E E r e ˆ H H r e
Hr H E 0
Il k H sin j 4 r Il 2 Er cos 4 0 1 2 exp jk r r 1 k 2 j 3 exp( jk r ) r r
26
电偶极子辐射场
Ilk 2 jkr sin e E j 4r E E 0 r
Ilk jkr H j sin e 4r H H 0 r
磁偶极子的特性
2 A P S av ds 160 4 I 2 s 2
14
2.3 电偶极子的辐射场(远区场)
kr>>1即（r>>λ/(2π)）的区域称为远区，在
此区域内
1 1 1 2 kr (kr ) ( kr )3
将表达式中正比于1/r3 和1/r2的项略去，即可得到电 流元的辐射场：
2 Ilk jkr sin e E j 4r E E 0 r
有能量沿 r 方向向外辐射，故远区场又称为 辐射场。
19
电偶极子向自由空间辐射的总功率称为辐射功率Pr，它等
于坡印廷矢量在任一包围电偶极子的球面上的积分，即
微波电基本振子实验总结
微波电基本振子实验总结一、引言微波电基本振子是一种常用的实验装置，用于研究微波的特性和性能。
本文将对微波电基本振子的实验进行总结和分析。
二、实验目的通过微波电基本振子实验，我们的主要目的是研究微波的传播特性和振荡特性，以及了解微波电子学的基本原理。
三、实验原理微波电基本振子由微波源、负载和谐振腔组成。
微波源产生微波信号，经过负载输入到谐振腔中，谐振腔起到放大和稳定微波信号的作用。
当谐振腔中的微波信号达到一定强度时，会产生自激振荡，形成稳定的微波振荡信号。
四、实验步骤1. 首先，将微波源连接到负载上，并将负载连接到谐振腔的输入端口。
2. 调整微波源的频率和功率，使其适合谐振腔的要求。
3. 打开微波源和功率计，并调整功率计的灵敏度，使其能够准确测量微波信号的功率。
4. 调整谐振腔的频率和尺寸，使其与微波源的频率相匹配，并且能够达到谐振状态。
5. 在谐振腔的输出端口处连接一个接收器，用于接收微波信号。
6. 调整谐振腔的输出功率和接收器的灵敏度，使其能够准确测量微波信号的输出功率。
7. 测量微波信号的频率、功率和谐振腔的尺寸等参数，并记录实验数据。
五、实验结果分析通过实验测量得到的数据，我们可以得出以下结论：1. 微波源的频率和功率对谐振腔的谐振状态有很大的影响。
当微波源的频率和功率与谐振腔的要求相匹配时，谐振腔能够产生稳定的微波振荡信号。
2. 谐振腔的尺寸和形状对微波信号的频率和功率有很大的影响。
通过调整谐振腔的尺寸和形状，可以使微波信号的频率和功率达到最佳状态。
3. 负载的阻抗对微波信号的传输和振荡也有很大的影响。
适当选择和调整负载的阻抗，可以提高微波信号的传输效率和振荡稳定性。
六、实验总结通过微波电基本振子实验，我们对微波的传播特性和振荡特性有了更深入的了解。
实验中，我们学习了微波源的调节和谐振腔的设计，掌握了微波信号的测量和调节技巧。
同时，我们还发现了微波信号传输和振荡过程中的一些问题和解决方法。
微波电基本振子实验总结
微波电基本振子实验总结引言微波电基本振子是一种重要的电磁波源，广泛应用于通信、雷达、天文等领域。
本文将对微波电基本振子实验进行总结，介绍实验目的、原理、步骤和结果分析，以及实验中的注意事项和改进方式。
一、实验目的1.了解微波电基本振子的工作原理和特性。
2.掌握微波电基本振子的调谐技术。
3.熟悉微波信号的检测和测量方法。
二、实验原理微波电基本振子是由微波源、谐振腔和调谐元件组成的。
微波源产生一定频率的微波信号，经过调谐元件调节频率后，进入谐振腔。
谐振腔是由金属盒和微波吸收材料构成的封闭空腔，能够在特定频率下产生共振现象。
微波信号在谐振腔内来回反射，形成稳定的驻波场分布，从而产生稳定的微波信号输出。
三、实验步骤1.搭建实验装置：将微波源与谐振腔通过调谐元件连接起来，确保电路连接正确。
2.调谐工作：通过调节调谐元件，使微波信号频率与谐振腔的共振频率相匹配。
可以根据共振现象的表现来判断是否调谐成功，如输出信号强度最大、回波消失等。
3.测量实验数据：使用微波功率计、频率计等仪器，测量微波信号的功率、频率等参数，并记录实验数据。
4.分析实验结果：根据实验数据，分析微波电基本振子的工作状态和特性。
可以通过改变调谐元件的位置或形状，观察其对振子频率的影响。
5.总结实验经验：根据实验过程中的观察和调整，总结出一些实验经验和技巧，为以后的实验工作提供参考。
四、实验结果分析通过实验观察和数据记录，可以得到微波电基本振子的工作频率范围、输出功率、调谐灵敏度等参数。
通过分析这些参数，可以评估微波电基本振子的性能，并与理论模型进行比较。
在实验中，还可以通过改变谐振腔的尺寸、材料等因素，进一步调节微波信号的频率和输出功率。
五、注意事项1.实验过程中要注意安全，避免触电或短路等事故。
2.谐振腔的尺寸和材料对微波信号的频率和输出功率有重要影响，需要仔细选择。
3.调谐元件的调节要小心谨慎，避免损坏微波电基本振子。
4.实验环境要保持整洁，避免尘埃和杂质对实验结果的影响。
（1）电基本振子的远区辐射场表达式：
(1) 电基本振子的远区辐射场表达式：60sin exp();sin exp()2Il IlE jj r H j j r r rθφπθβθβλλ=⋅⋅-=-⋅⋅- 所以，电基本振子的电场方向为：ˆaϑ，磁场方向为：ˆa ϕ 根据：()21ˆRe 2240r E S E H a π*=⨯=，而波的传播方向就是坡印廷矢量的方向，所以波的传播方向为：ˆr a（2）由于电场方向始终在ˆaϑ，所以辐射的是沿ˆa ϑ方向的线极化波 （3）球面（4）因为辐射场的特点之一为：120E H θφπ=，所以，根据此表达式可以在已知电场情况下求磁场大小，而电基本振子磁场方向为ˆaϕ方向，ˆˆ120E H H a a θφϕϕπ==（5）60sin exp();IlE jj r rθπθβλ=⋅⋅-所以，与电基本振子上的电流强度,I 电基本振子的长度,l 波长,λ以及空间位置有关 （6）060sin exp();I dlE jj r rθπθβλ=⋅⋅-所以，电场在0,180ϑϑ== 时的辐射为零（最小），而在090ϑ=时，辐射最大。
（7）E 面：包含最大辐射方向，电场矢量所在的平面称为（由电场强度方向和最大辐射方向构成的平面）；H 面：与E 面垂直的平面；对于电基本振子来说：E 面就是包含电基本振子轴线的任意平面，H 面就是包含最大辐射方向，与电基本振子轴线垂直的平面E 面：取xoz 面： H 面：取xoy 面电基本振子的辐射功率表达式为：2222220022215sin 4060sin exp();2540;4r I l l P d d I I lE jj r rI ll I ππθπθφφππλλπθβλππλλ⎛⎫⎛⎫== ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭=⋅⋅-⎛⎫==⎪⎝⎭⎰⎰60sin exp()sin exp()sin exp()0,060,exp())90,1exp())60sin I lE jj r r j j r j j r E E jj r j r E j r j r I l E j rθθθθθπθβλθβθβϑϑββϑββπθλ=⋅⋅-=⋅-=⋅-=∴==∴=-=-=∴=⋅-=-=⋅exp()60sin exp()sin exp()20000440000,060,90,j r jj r j j r E E E θθθβθβθβϑϑϑ⋅-=⋅⋅-=⋅-=∴==∴==∴=max E sin 1F F ϑϕθ==以电基本振子为例，磁基本振子类似电基本振子面归一化的方向性函数为（，)；半功率波瓣宽度：在场强方向图上，主瓣最大值两边，辐射场强为最大辐射方向上辐射场强0.707倍的两个辐射方向之间的夹角()0.5max0.5E 90sin 451352904590F F θθθ=⇒=∴==-=最大辐射方向为半功率辐射方向，半功率波瓣宽度：2零功率点波瓣宽度：主瓣最大值两边两个零辐射方向之间的夹角用0θ2来表示()000E 0sin 02900180F θθθ==∴==⨯-=同理：零功率辐射方向零功率波瓣宽度：2的公式计算基本振子的方向系数。
第2章 基本振子的辐射..
其他关系包括：
0 f c
1
m0 0
; k与 在无耗介质中等同
8
电基本振子所产生的场
Hr 0
H 0
E 0
Il k 1 H sin j 2 exp jk r 4 r r
Il 1 1 k Er cos 2 j 3 exp( jk r ) 2 0 r r
有能量沿 r 方向向外辐射，故远区场又称为 辐射场。
19
电偶极子向自由空间辐射的总功率称为辐射功率Pr，它等
于坡印廷矢量在任一包围电偶极子的球面上的积分，即
Pr Sav ds
S
1 Re[ E H ] ds S 2 2 15 3 d sin d 2
fck?与在无耗介质中等同电基本振子所产生的场hr0h0e021sinexp4ilkhjjkrrr????????923011cosexp2rilkejjkrrr??????????223011sinexp4ilkkejjjkrrrr??????????进一步加以分析的工程方法不为零的各场分量中分别包含有r?1r?2和r?3中的一项或多项为了进一步考察r不同幂次项的不为了进一步考察r不同幂次项的不同贡献我们可以按距离人为地将天线辐射分割在感应近区和辐射远区来分别进行讨论
根据电与磁的对偶性原理, 只要将电基本振子场的表达 式中的E换为η2H, H换为E, 并将电偶极矩p=Iml/(jω) 换为磁偶极矩m, 就可以得到沿z轴放置的磁基本振子的 场:
mmk jkr E sin e 4r Er E 0
mmk jkr H sin e 4r H H 0 r
26
电基本振子场
2
0
cos
j r3
k r2
e
jkr
E 0
2020/5/26
电基本振子的场
Er
I Al
4
2
0
cos
j r3
k r2
e
jkr
E
IAl 1
4 0
sin
j r3
k r2
jk 2 r
e
jkr
(1-1)
H
I Al
4
sin
1 r2
jk r
e
jkr
E Hr H 0
2020/5/26
I
2 A
R
P
40I
2 A
l
2
R 80 2 l 2
辐射电阻的大小取决 于电长度 l
l 0.01R 0.078
2020/5/26
j 60 I Al sin e jkr r
H
j
kI Al sin e jkr 4 r
j I Al sin e jkr 2r
Er E Hr H
0
k 2 , 2c ,c 3108 m s,0 1 36 109 F m
2020/5/26
重要结论：
E
j
60 IAl r
sin
e jkr
5、在不同的方向上，辐射的强度是不相等的。 这表明电基本振子的辐射是有方向性的。
2020/5/26
（二）近区场 r =
Er
I Al
4
2
0
cos
j r3
k r2
e
jkr
E
IAl 1
4 0
sin
r
j
3
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实验一 电基本振子辐射分析
1、实验目的：
通过MATLAB 编程，熟悉电基本振子和对称振子的辐射特性，了解影响对称振子辐射的因素及其变化对辐射造成的影响
2、实验设备：
计算机、matlab7.0仿真软件
3、电基本振子的辐射实验原理：
3.1电点基本振子
电基本振子（Electric Short Dipole ）又称电流元，它是指一段理想的高频电流直导线，其长度l 远小于波长λ，其半径a 远小于l ，同时振子沿线的电流I 处处等幅同相。
用这样的电流元可以构 成实际的更复杂的天线，因而电基本振子的辐射特性是研究更复杂天线辐射特性的基础。
图3-1 电基本振子的坐标
电基本振子在无限大自由空间中场强的表达式为：
22302230001sin ()421cos()411sin ()40r jkr jkr r jkr H H Il k H j e r r Il k E j e r r Il k k E A j j e r r r E θϕθϕθππωεθπωε---=⎫⎪=⎪⎪=+⎪⎪⎪⎬=-⎪⎪⎪=+-⎪⎪=⎪⎭
（2-1） 3.2数学模型
电基本振子的辐射场可以分为近区场和远区场。
如果kr<<1即（r<<λ/(2π)）的区域称为近区，近区场的另一个重要特点是电场和磁场之间存在π/2的相位差，于是坡印廷矢
量的平均值为0，能量在电场和磁场以及场与源之间交换而没有辐射，所以近区场也称为感应场，本实验不涉及。
本实验计算的远区场kr>>1（即r>>λ/(2π)的区域称为远区），在此区域内，电基本振子满足条件：
23111()()
kr kr kr >>>> 则远区场表达式为：
sin 260sin 0jkr jkr r r Il H j
e r Il E j e r H H E E ϕθθϕθλπθλ--⎫=⎪⎪⎪=⎬⎪====⎪⎪⎭ （2-2） 可见场强只有两个相位相同的分量（E θ,H φ）。
根据方向函数可定义：
(,,)(,)60/E r f I r
θϕθϕ=
（2-3） 可得电基本振子的方向函数为： (,)()sin l f f πθϕθθλ
==
（2-4） 根据归一化方向函数定义： max max
(,)(,)(,)(,)E f F f E θϕθϕθϕθϕ== （2-5） 可得电基本振子归一化方向函数为：
F(θ,φ)=|sin θ| （2-6）
将方向函数用曲线描绘出来，称之为方向图(Fileld Pattern)。
方向图就是与天线等距离处，天线辐射场大小在空间中的相对分布随方向变化的图形。
依据归一化方向函数而绘出的为归一化方向图。
在实际中，工程上常常采用两个特定正交平面方向图。
在自由空间中，两个最重要的平面方向图是E 面和H 面方向图。
E 面即电场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面；H 面即磁场强度矢量所在并包含最大辐射方向的平面。
方向图可用极坐标绘制，角度表示方向，矢径表示场强大小。
四、实验内容及步骤：
4.1电基本振子E 平面方向图
根据电基本振子方向函数利用MATLAB编程并画出其方向图。
sita=meshgrid(eps:pi/180:pi);
fai=meshgrid(eps:2*pi/180:2*pi)';
f=abs(sin(sita));
fmax=max(max(f));
a=linspace(0,2*pi);
f=sin(a);
subplot(1,1,1),polar(a,abs(f)); title('电基本振子E平面');
4-1电基本振子E平面
4.2电基本振子空间主体方向图
运行结果如图
sita=meshgrid(eps:pi/180:pi);
fai=meshgrid(eps:2*pi/180:2*pi)';
f=abs(sin(sita));
fmax=max(max(f));
[x,y,z]=sph2cart(fai,pi/2-sita,f/fmax);
subplot(1,1,1),mesh(x,y,z);
axis([-1 1 -1 1 -1 1]);title('电基本振子空间主体方向图');
4-2电基本振子空间主体方向图
五、实验小结
通过MATLAB编程，熟悉电基本振子辐射特性，了解影响电基本振子辐射的因素及其变化对辐射造成的影响。
当导体长度L为四分之一的波长的整数倍时，该导体在该波长的频率上呈谐振特性。
熟悉了MATLAB的基本使用方法，对电基本振子辐射有了深入的了解，为以后的学习打下了坚实的基础。