电磁场与微波技术实验教程 第1章
电磁场与微波技术第一二三章课后习题及部分答案
第 1 章 习 题1、 求函数()D Cz By Ax u +++=1的等值面方程。
解：根据等值面的定义：标量场中场值相同的空间点组成的曲面称为标量场的等值面，其方程为)( ),,(为常数c c z y x u =。
设常数E ，则，()E D Cz By Ax =+++1， 即：()1=+++D Cz By Ax E针对不同的常数E （不为0），对应不同的等值面。
2、 已知标量场xy u =，求场中与直线042=-+y x 相切的等值线方程。
解：根据等值线的定义可知：要求解标量场与直线相切的等值线方程，即是求解两个方程存在单解的条件，由直线方程可得：42+-=y x ，代入标量场C xy =，得到： 0422=+-C y y ，满足唯一解的条件：02416=⨯⨯-=∆C ，得到：2=C ，因此，满足条件的等值线方程为：2=xy3、 求矢量场z zy y y x xxy A ˆˆˆ222++=的矢量线方程。
解：由矢量线的微分方程：zy x A dz A dy A dx ==本题中，2xy A x =，y x A y 2=，2zy A z =， 则矢量线为：222zy dzy x dy xy dx ==，由此得到三个联立方程：x dy y dx =，z dz x dx =，zy dz x dy =2，解之，得到： 22y x =，z c x 1=，222x c y =，整理， y x ±=，z c x 1=，x c y 3±=它们代表一簇经过坐标原点的直线。
4、 求标量场z y z x u 2322+=在点M (2,0,-1)处沿z z y xy xx t ˆ3ˆˆ242+-=方向的方向导数。
解：由标量场方向导数的定义式：直角坐标系下，标量场u 在可微点M 处沿l 方向的方向导数为γβαcos cos cos zu y u x u l u ∂∂+∂∂+∂∂=∂∂α、β、γ分别是l 方向的方向角，即l 方向与z y xˆˆˆ、、的夹角。
第一课微波技术第1章传输线理论
§1.3.1 ρ=0、J＝0 的均匀、线性、各向同性、不导电媒质 中：
其中
T
az
z
E
ET
az Ez
H HT az H z
*ET、HT称为电磁场在传输系统中横截面的“分布函 数”（本征函数），并由对偶原理有：
T HT jaz Ez
Z(z)
令
d2 dz 2
Z ( z) / Z ( z ) （ 2
＋j）
T2 E Z (T ) EZ (T )
kc2
有
kc2 k 2 2
解为： Z (z) AeZ AeZ
物理意义：表示沿柱形系统轴向（+Z和-Z方向）传播的 两个行波，即导行波。A+和A-为两个波的振幅；为导 行波的传播常数。则：
Hn S 0 Ht S 0
(6)
n
D
S
S
nB 0
切向电场为零，切向磁场不为零的界 面（电壁）均可视为等效短路面。
S
开路面（理想磁体边界）
n E
S
J mS
nH 0
H t S 0, H n S 0,
En S 0 Et S 0
(7)
采用联立消去法：令 k 2 2 ,
k 2 有：
k称自由空间空间相 位常数。
(k2
2 z 2
)ET
z
T EZ
jaz
T HZ
(k2
2 z 2
)HT
z T H Z
电磁场与微波技术实验报告.
电磁场与微波技术实验报告班级：学号：姓名：目录目录 (2)实验2 微带分支线匹配器 (3)一、实验目的： (3)二、实验原理 (3)三、实验内容 (3)四、实验步骤 (3)实验三四分之一波长阻抗变换器 (15)实验目的 (15)实验原理 (15)单节4λ阻抗变换器 (16)多节4λ阻抗变换器 (16)实验内容 (17)实验步骤 (18)实验4 低通滤波器 (31)实验目的 (31)实验原理 (31)低通原型滤波电路 (32)Richards变换 (32)Kuroda变换 (33)实验内容 (33)实验步骤 (33)总结 (41)完成任务 (41)问题及解决 (41)心得与体会 (41)实验2 微带分支线匹配器一、实验目的：1．熟悉支节匹配器的匹配原理2. 了解微带线的工作原理和实际应用3．掌握Smith图解法设计微带线匹配网络二、实验原理支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。
单支节匹配器，调谐时主要有两个可调参量：距离d和由并联开路或短路短截线提供的电纳。
匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d处向主线看去的导纳Y是Y0+jB 形式。
然后，此短截线的电纳选择为-jB，根据该电纳值确定分支短截线的长度，这样就达到匹配条件。
双支节匹配器，通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（但是双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。
三、实验内容已知：输入阻抗Zin=75欧负载阻抗Zl=（64+j35）欧特性阻抗Z0=75欧介质基片εr=2.55，H=1mm假定负载在2G赫兹时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1=四分之一波长，两分支线之间的距离为d2=八分之一波长。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz至2.2GHz 的变化四、实验步骤（一）：单支节匹配在史密斯圆图上找到等反射系数圆和g=1圆的交点，有两个点与其匹配。
电磁场与微波实验实验
λg/mm
41.6
38.9
39.5
40
λg/mm 均值
40.0
λ0/mm
30.1
6. 用直接发测量计算电压驻波比（实际测量时，读取的是电压值）
1
2
3
4
Vmax/mV
210
208
200
200
Vmin/mV
50
48
50
40
ρ
2.09
7. 按照实验原理测量计算 lmin，并求出归一化阻抗值和实际阻抗值。
DT DA l������������������ 电长度
ρ
=
Emax ������min
=
√������������mmainx
在电压驻波系数1 < ρ < 1.5时，可以测量几个节点，取平均值。
ρ = √������m������amxi1n1++������m������maxin22++⋯⋯+������m������minanxn
当驻波系数1.5 < ρ < 5，直接读出������max和������min即可。 3. 测量阻抗
2. 预热信号源。设置信号源。载波设置：频率 10GHz，功率 15dBm；调制方式设置：AM，1KHz 方 波调制，调制深度>90%。
3. 预热选频放大器。
4. 插入驻波测量线探针，将探针移到两个波节点的中点，调节谐振回路使测量放大器指示最大。
5. 将波导测量线插入终端短路，用两点法测量导波波长
1
99.25 107.60 8.35 0.208
归一化阻抗
1.54 − 0.7i
实际阻抗
77 − 35i
电磁场与微波技术实验报告(全)
信息与通信工程学院电磁场与微波技术实验报告班级：姓名：学号序号：日期：1实验二：分支线匹配器一、实验目的掌握支节匹配器的工作原理；掌握微带线的基本概念和元件模型；掌握微带线分支线匹配器的设计和仿真。
二、实验原理支节匹配器支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。
单支节匹配器：调谐时，主要有两个可调参量：距离d 和分支线的长度l。
匹配的基本思想是选择d，使其在距离负载d 处向主线看去的导纳Y 是Y0 + jB 形式，即Y = Y0 +jB ，其中Y0 = 1/Z0。
并联开路或短路分支线的作用是抵消Y 的电纳部分，使总电纳为Y0，实现匹配，因此，并联开路或短路分支线提供的电纳为−jB ，根据该电纳值确定并联开路或短路分支线的长度l，这样就达到匹配条件。
双支节匹配器：通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需调节两个分支线长度，就能够达到匹配（注意双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。
微带线微带线是有介质εr(εr > 1) 和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之间是介质εr，可以近似等效为均匀介质填充的传输线，等效介质电常数为εe ，介于1 和εr 之间，依赖于基片厚度H 和导体宽度W。
而微带线的特性阻抗与其等效介质电常数为εe 、基片厚度H 和导体宽度W 有关。
三、实验内容已知：输入阻抗Z in = 75 Ω 负载阻抗Z L = (64 + j35) Ω特性阻抗Z0 = 75 Ω介质基片εr = 2.55，H = 1mm，导体厚度T 远小于介质基片厚度H。
2假定负载在2GHz 时实现匹配，利用图解法设计微带线单支节和双支节匹配网络，假设双支节网络分支线与负载的距离d1 = λ/4 ，两分支线之间的距离为d2 = λ/8。
画出几种可能的电路图并且比较输入端反射系数幅度从1.8GHz 至2.2GHz 的变化。
电磁场与微波技术(第1章)
ˆ ˆ ˆ e , e , e
x y z
ˆ e
ˆ ˆ , e , ez
qi＝qi x , y , x C
曲面单位法矢量：
ˆ eqi 曲面单位法矢量
ˆ eqi
qi x, y, x qi x, y, x qi x, y, x ˆ ˆ ˆ ex ey ez x y z qi x, y, x qi x, y, x qi x, y, x x y z
(混合积)
5. 并矢
AB 二阶张量 3 AB Ai B j ei e j
i , j 1
§1.3 标量场的梯度
1.场的概念 任何物理过程总是在一定空间上发生，对应 的物理量在空间区域按特定的规律分布。如 电荷在其周围空间激发电场的分布 电流在周围空间激发磁场的分布 地球上太阳及其他原因激发温度的分布 在空间区域上每一点有确定物理量与之对应， 称在该区域上定义了该物理量的场
台湾海峡表面流速场数值分布
关于的场三个基本问题：
（1）场的基本性质及其分析方法
（2）场与激励源的关系及相互作用
（3）场与场的相互联系与相互作用
2. 标量场的等值面
标量场同一数 值各点在空间 形成的曲面
u x , y , z C
3. 方向导数
实际应用中不仅需要了解宏 观上场在空间的数值，还需 要知道场在不同方向变化。
P , , z
三维空间中同一点可以用不同的 正交曲线坐标系描述。不同坐标 系之间存在相互变换关系，这种 变换关系只能是一一对应的
在任何正交曲线坐标系有一组 与坐标轴对应的单位矢量。如 直角坐标系和圆柱坐标系等。 坐标变量单位矢量特点： 空间某点坐标变量的单位 矢量的方向为对应坐标变 量为常数的曲面的法矢
电磁场与微波技术2篇
电磁场与微波技术电磁场与微波技术（第一篇）导引电磁场是物理学中一个重要的概念，它在我们日常生活中扮演着重要的角色。
微波技术作为一种应用电磁场的技术，也在现代社会中得到广泛应用和发展。
本文将探讨电磁场的基本概念、性质以及微波技术的原理、应用和发展趋势。
电磁场的基本概念与性质电磁场是一种具有电场和磁场相互耦合而成的物理场。
电场是由电荷构成的粒子在空间中产生的力场，具有电荷之间相互作用的性质。
磁场则是由电流在空间中产生的力场，具有磁性物质与外磁场相互作用的性质。
电磁场具有许多基本性质。
首先，电磁场具有连续性。
在空间中任何一点，电磁场的数值和方向都是连续变化的，不存在突变。
其次，电磁场具有叠加性。
即多个电荷或电流所产生的电磁场可以叠加在一起，形成一个合成的电磁场。
此外，电磁场的传播速度是有限的，即光速。
根据麦克斯韦方程组的推导，电磁波在真空中传播的速度为光速，约为每秒300000公里。
微波技术的原理与应用微波技术是一种应用电磁场的技术，其原理基于电磁波的特性和传播规律。
微波指的是频率介于300MHz至300GHz之间的电磁波，其具有波长短、穿透力强等特点。
微波技术具有广泛的应用。
首先，微波技术在通信领域中有重要的应用。
无线电通信、卫星通信等都离不开微波技术的支持。
其次，微波技术在雷达和无线电导航系统中也有广泛应用。
雷达通过发送和接收微波信号来测量目标的距离和速度，实现目标探测和定位。
此外，微波技术还应用于微波炉、无线电频率识别等领域。
微波技术的发展趋势随着科技的进步和需求的不断增长，微波技术正在不断发展和创新。
未来，微波技术将朝着以下几个方向发展。
首先，微波技术的频率范围将进一步扩展。
随着物联网和5G通信的兴起，对更高频率的微波技术需求增加。
因此，微波技术将向毫米波甚至太赫兹波段发展，以满足更高速率、更大容量的通信需求。
其次，微波技术将越来越多地与其他技术结合。
例如，微波与纳米技术的结合，可以实现更小尺寸、更高性能的微波器件。
电磁场与微波技术(1)
填空题1、电场强度E r 的切向分量应满足的边界条件是： 或写为 ；2、在自由空间中，均匀平面电磁波的相位常数为0.524rad/m 。
当该波进入理想介质后，相位常数变为1.81rad/m 。
若设1=r μ，则相对介电常数=r ε ，电磁波在该介质中的传播速度=v 。
3、把位于坐标原点的点电荷q 置于介电常数为ε的无界空间中，其电位分布()r ϕr 满足的偏微分方程为 ，且位函数()r ϕr必须满足自然边界条件即 4、均匀平面波在自由空间的相速p v 与介电常数0ε和磁导率0μ的关系式为 ；通常把电场振幅与磁场振幅之比称为 阻抗；5. 均匀平面波在自由空间的相速p v 与介电常数0ε和磁导率0μ的关系式为 ；通常把电场振幅与磁场振幅之比称为 阻抗，若用0η表示则它与介电常数0ε和磁导率0μ的关系式为 。
若电磁波在传播中遇到良导体则会迅速衰减，因而通常把良导体中的电磁波局限于表面薄层的现象称为 。
6、已知双曲线族为2222by a x u −=，则该曲线上任意点的单位法向矢量为 ；任何电磁场都存在于一定媒质中，媒质中B r 和H r 的关系由本构关系给出。
若媒质是线性、各向同性的，它们的关系为 ；7、对一般的时变电磁场，麦克斯韦（微分）方程组的复矢形式的四个方程分别为（1） 、（2） 、（3） 、（4） ；8、矢量分析中，除散度定理外，另一个重要的定理是斯托克斯定理，其表示式为 ；9、已知标量场()()2/1222,,z y x z y x u ++=，则空间一点P （1，1，0）的梯度为和沿方向212z y x e e e l r r r r ++=的方向导数为3/22；10、磁场强度H r 的切向分量应满足的边界条件是： 或写为 ；11、均匀平面电磁波从自由空间进入理想介质后，传播速度降为原来的1/4。
当介质的1=r μ时，则相对介电常数=r ε ；电磁波在这种介质中的波长是 。
12、若传输线在796MHz 时的分布参数为mm m R /4.10Ω=，pF C 00835.0=，mm nH L /67.3=，mm n G /8.0Ω=。
北邮电磁场与微波技术实验天线部分实验一2014最新
信息与通信工程学院电磁场与微波实验报告实验题目：网络分析仪测量振子天线输入阻抗班级：2011211106姓名：吴淳学号：2011210180日期：2014年3月实验一网络分析仪测量阵子天线输入阻抗一、实验目的1. 掌握网络分析仪校正方法；2. 学习网络分析仪测量振子天线输入阻抗的方法；3. 研究振子天线输入阻抗随阵子电径变化的情况。
注：重点观察谐振点与天线电径的关系。
二、实验原理当双振子天线的一端变为一个无穷大导电平面后，就形成了单振子天线。
实际上当导电平面的径向距离大到0.2~0.3λ，就可以近似认为是无穷大导电平面。
这时可以采用镜像法来分析。
天线臂与其镜像构成一对称振子，则它在上半平面辐射场与自由空间对称振子的辐射场射相同。
图1 实验原理图由于使用坡印亭矢量法积分求其辐射功率只需对球面上半部分积分，故其辐射功率为等臂长等电流分布的对称振子的一半，其辐射电阻也为对称振子的一半。
当h<<λ时，可认为R≈40 。
由于天线到地面的单位长度电容比到对称振子另一个臂的单位长度电容大一倍，则天线的平均特征阻抗也为等臂长对称振子天线的一半，为=60[ln(2h/a)-1]。
三、实验步骤：1. 设置仪表为频域模式的回损连接模式后，校正网络分析仪；2. 设置参数并加载被测天线，开始测量输入阻抗；3. 调整测试频率寻找天线的两个谐振点并记录相应阻抗数据；4. 更换不同的电径（对应1mm, 3mm, 9mm）的天线，分析两个谐振点的阻抗变化情况；5. 设置参数如下：BF=600MHz，△F=25MHz，EF=2600MHz，n=81.6. 记录数据：在smith圆图上的输入阻抗曲线上，曲线的左端输入阻抗虚部为0的点为二分之一波长谐振点，曲线的右端输入阻抗虚部为0的点为四分之一波长谐振点。
记录1mm，3mm，9mm天线的半波长和四分之一波长的谐振点。
四、实验数据：1. 直径=1mm时：第一谐振点处频率约为（取最接近点）F=1250MHz，电阻R=41.88ohm, SWR=1.193, RL=-20.0dB。
电磁场与微波实验实验
电磁场与微波实验实验电磁场与微波实验一（一）动画演示：电磁波在矩形波导、平行双线、同轴线中的传播特性（二）自由空间电磁波波长的测量和矩形波导截止特性的研究一．实验目的1. 了解电磁波综合测试仪的结构，掌握其工作原理。
2. 在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察与了解电磁波传播特性。
3. 熟悉并利用相干波原理，测量自由空间内电磁波波长，并确定相位常数。
4. 研究电磁波在矩形波导中的截止特性。
二．实验原理1. 自由空间电磁波波长测量两路等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内以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。
本实验利用相干波原理，使得接收喇叭处的两路电磁波分别为：Er1=T0??c??0ijΦ1，Er2=T0??c??0ijΦ2。
其中Φ1=KL1，Φ2=KL2。
通过移动一个活动金属板B，改变两路光线的光程差，看最后的合成光的强度变化。
当=??2(2??+1)时接受指示为0，则B0值。
一般测试4~5个接受零值，再求22πλ??出测量波长的平均值。
测量移动的距离即可获得自由空间电磁波波长λ值，再根据??=波的传播常数。
2. 矩形波导的截止特性研究得到电磁实验通过观察电磁波通过开缝金属板及开孔金属板的效果来研究矩形波导的截止特性。
将发射喇叭和接收喇叭调整到同一轴线上，在两个喇叭中间安装开缝金属板和开孔金属板，金属板的法线与喇叭轴线一致。
当发射喇叭的电磁波照射到开缝金属板时，开缝金属板对于电磁波来说，相当于多个矩形波导并列的口面。
设缝宽为a,相当于波导的宽边。
点磁场方向平行于缝隙。
根据矩形波导理论，当满足工作波长λ<2a时，波能通过缝隙传播；当λ>2a时，出现截止衰减，电磁波被反射。
a越小，截止衰减越明显，反射越大，同样，对于开孔金属板，当孔径a满足2>a时，不用极化方向的电磁波截止衰减，被反射。
实验中，分别观察不同尺不同方向的开缝金属板及开孔金属板对电磁波的反射与透射效果。
电磁场与微波技术实验教案
电磁场与微波技术实验教案第一章：电磁场基本概念1.1 电磁场的基本性质电场和磁场的基本概念电磁场的分布和边界条件电磁场的能量和动量1.2 电磁波的产生和传播电磁波的数学描述电磁波的产生和发射电磁波在自由空间和介质中的传播特性第二章：电磁场计算方法2.1 静电场的计算静电场的基本方程格林函数法求解静电场有限差分法求解静电场2.2 稳恒磁场的计算磁场的基本方程安培环路定律的应用毕奥-萨伐尔定律的应用第三章：微波技术基本概念3.1 微波的基本特性微波的频率范围和波长微波的传播特性微波的波动方程3.2 微波传输线传输线的分类和特性传输线方程和阻抗匹配传输线的设计和应用第四章：微波电路和组件4.1 微波放大器放大器的基本原理和分类放大器的稳定性和平衡性放大器的频率特性和线性度4.2 微波振荡器振荡器的基本原理和分类振荡器的稳定性和频率控制振荡器的应用和实例第五章：微波测量技术和设备5.1 微波功率测量功率测量的基本原理和仪器功率计的使用和校准功率测量的误差分析5.2 微波频率测量频率测量的基本原理和仪器频谱分析仪的使用和操作频率测量的误差分析第六章：微波天线基本原理6.1 微波天线的分类和特性天线的基本概念和参数偶极子天线、log-periodic 天线和Yagi-Uda 天线等常见天线的设计和性能天线方向图的分析和计算6.2 天线阵列和波束形成天线阵列的基本原理和分类波束形成技术及其在通信系统中的应用MIMO 技术中的天线阵列设计与优化第七章：微波通信系统7.1 微波通信基本原理微波通信的优点和缺点微波通信系统的组成和工作原理调制解调技术在微波通信中的应用7.2 微波通信链路设计与优化链路预算和信号传输分析馈线、塔放和天线的选择与配置抗干扰技术和信道编码的应用第八章：微波滤波器与振荡器8.1 微波滤波器设计滤波器的基本原理和分类微波滤波器的设计方法和技巧滤波器的频率特性和插入损耗的测量8.2 微波振荡器设计振荡器的基本原理和分类晶体振荡器和表面声波振荡器等高频振荡器的特性振荡器的频率稳定性和相位噪声第九章：微波电路仿真与设计软件9.1 微波电路仿真软件概述微波电路仿真软件的分类和功能ADS、CST 和HFSS 等微波电路仿真软件的使用方法和技巧微波电路仿真与实际测量结果的对比和分析9.2 微波电路设计与优化实例微波放大器、振荡器和滤波器等电路的设计与优化微波天线和通信系统等应用案例的分析与实践第十章：实验操作与安全注意事项10.1 实验操作流程实验前的准备工作与实验操作流程实验数据采集与处理方法10.2 实验室安全注意事项实验室电器设备的使用与维护实验室化学品的安全存放与处理实验室事故应急预案与处理措施重点和难点解析重点环节1：电磁波的产生和传播电磁波的数学描述：需要理解麦克斯韦方程组对电磁波描述的重要性，以及如何根据边界条件和初始条件求解电磁波的分布。
电磁场与微波技术实验教案
电磁场与微波技术实验教案一、实验目的1. 理解电磁场的基本概念和特性2. 掌握电磁波的产生、传播和接收原理3. 学习微波技术的应用及其在通信、雷达等方面的基本原理4. 培养实验操作能力和实验数据分析能力。
二、实验原理1. 电磁场的基本方程和边界条件2. 麦克斯韦方程组的时域和频域表示3. 电磁波的传播特性：波速、波长、频率、相位等4. 微波的基本概念：微波的产生、传输、辐射和检测5. 微波器件的基本原理和工作特性：放大器、振荡器、滤波器、混频器等三、实验设备与器材1. 电磁场与微波技术实验装置2. 信号发生器3. 示波器4. 网络分析仪5. 频谱分析仪6. 微波天线7. 测量仪器与工具：电压表、电流表、功率计等四、实验内容与步骤1. 实验一：静电场的测量a. 建立静电场模型b. 使用电场测量仪器进行场强测量c. 分析实验数据，验证库仑定律2. 实验二：电磁波的产生与接收a. 使用信号发生器产生电磁波b. 通过天线发射并接收电磁波c. 分析接收到的电磁波信号，研究其传播特性3. 实验三：微波传输特性测试a. 搭建微波传输线路b. 使用网络分析仪测量传输特性c. 分析实验数据，研究微波传输的损耗和反射特性4. 实验四：微波放大器的设计与测试a. 设计微波放大器电路b. 搭建放大器并进行测试c. 分析测试结果，研究放大器的性能指标5. 实验五：微波振荡器的设计与测试a. 设计微波振荡器电路b. 搭建振荡器并进行测试c. 分析测试结果，研究振荡器的频率稳定性和幅度特性五、实验报告要求1. 实验目的、原理、内容与步骤的描述2. 实验数据的采集、处理与分析3. 实验结果的图表展示4. 实验结论与思考题5. 参考文献列表六、实验六：微波谐振腔的特性测量1. 实验目的了解微波谐振腔的基本原理和特性学习使用频谱分析仪进行谐振腔的测量分析谐振频率、Q值等参数2. 实验原理微波谐振腔的TE和TM模式谐振频率与Q值的关系谐振腔的驻波比和匹配特性3. 实验设备与器材微波谐振腔频谱分析仪匹配网络测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建微波谐振腔测试系统调整匹配网络，实现谐振腔的匹配使用频谱分析仪测量谐振频率和Q值分析实验数据，研究谐振腔的特性5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论谐振腔的匹配和特性七、实验七：微波滤波器的设计与测试1. 实验目的学习微波滤波器的设计方法掌握微波滤波器的测试技术分析滤波器的频率响应和阻带特性2. 实验原理微波滤波器的设计原则和方法滤波器的频率响应和阻带特性滤波器的插入损耗和带外抑制3. 实验设备与器材微波滤波器设计软件网络分析仪微波无源器件测量仪器与工具4. 实验内容与步骤使用微波滤波器设计软件设计滤波器搭建滤波器测试系统使用网络分析仪测量滤波器的性能参数分析实验数据，验证滤波器的设计效果5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论滤波器的性能和应用八、实验八：微波振荡器的设计与测试1. 实验目的学习微波振荡器的设计原理掌握微波振荡器的测试技术分析振荡器的频率稳定性和幅度特性2. 实验原理微波振荡器的工作原理振荡器的频率稳定性和幅度特性晶体振荡器的选用和测试3. 实验设备与器材微波振荡器设计软件网络分析仪微波无源器件测量仪器与工具4. 实验内容与步骤使用微波振荡器设计软件设计振荡器搭建振荡器测试系统使用网络分析仪测量振荡器的性能参数分析实验数据，验证振荡器的性能5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论振荡器的性能和应用九、实验九：微波通信系统的性能测试1. 实验目的了解微波通信系统的基本组成学习微波通信系统的性能测试方法分析通信系统的传输损耗和误码率2. 实验原理微波通信系统的基本组成和工作原理通信系统的性能指标：传输损耗、误码率等通信系统的测试方法和测试仪器3. 实验设备与器材微波通信系统装置网络分析仪误码率测试仪测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建微波通信系统测试平台使用网络分析仪测量传输损耗使用误码率测试仪进行误码率测试分析实验数据，评估通信系统的性能5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论通信系统的性能和改善方法十、实验十：微波雷达系统的原理与实验1. 实验目的了解微波雷达系统的基本原理学习微波雷达系统的十一、实验十：微波雷达系统的原理与实验1. 实验目的了解微波雷达系统的基本原理学习微波雷达系统的工作方式和应用进行微波雷达实验，验证雷达原理2. 实验原理微波雷达系统的工作原理：发射、反射、接收雷达信号的处理：距离、速度、方位的确定脉冲多普勒雷达和连续波雷达的原理3. 实验设备与器材微波雷达实验装置雷达天线信号处理设备示波器测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建微波雷达实验系统进行雷达发射和接收实验分析雷达信号，确定目标的位置和速度讨论雷达系统的性能和应用5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论雷达系统的原理和应用十二、实验十一：卫星通信系统的原理与实验1. 实验目的了解卫星通信系统的基本原理学习卫星通信系统的组成和工作方式进行卫星通信实验，验证通信效果2. 实验原理卫星通信系统的基本原理和组成卫星信号的传输和接收卫星通信系统的性能指标和优化3. 实验设备与器材卫星通信实验装置卫星天线信号处理设备示波器测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建卫星通信实验系统进行卫星信号的发射和接收实验分析卫星通信信号，评估通信效果讨论卫星通信系统的性能和应用5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论卫星通信系统的原理和应用十三、实验十二：光纤通信系统的原理与实验1. 实验目的了解光纤通信系统的基本原理学习光纤通信系统的组成和工作方式进行光纤通信实验，验证通信效果2. 实验原理光纤通信系统的基本原理和组成光纤信号的传输和衰减光纤通信系统的性能指标和优化3. 实验设备与器材光纤通信实验装置光纤信号处理设备示波器测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建光纤通信实验系统进行光纤信号的发射和接收实验分析光纤通信信号，评估通信效果讨论光纤通信系统的性能和应用5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论光纤通信系统的原理和应用十四、实验十三：射频识别系统的原理与实验1. 实验目的了解射频识别（RFID）系统的基本原理学习射频识别系统的组成和工作方式进行射频识别实验，验证识别效果2. 实验原理射频识别系统的基本原理和组成RFID标签和读写器的通信过程射频识别系统的性能指标和优化3. 实验设备与器材射频识别实验装置RFID标签和读写器信号处理设备示波器测量仪器与工具4. 实验内容与步骤搭建射频识别实验系统进行RFID标签的读取和写入实验分析射频识别信号，验证识别效果讨论射频识别系统的性能和应用5. 实验报告要求描述实验目的、原理、内容与步骤给出实验测量数据和图表分析实验结果，讨论射频识别系统的原理和应用十五、实验十四：无线传感网络的原理与实验1. 实验目的了解无线传感网络的基本原理学习无线传感网络的组成和工作方式重点和难点解析本文主要介绍了电磁场与微波技术实验教案，共包含了十五个章节。
精品课件-电磁场与微波技术实验教程-第1章
第1章 电磁场与电磁波
图1.2.1 微波干涉仪
第1章 电磁场与电磁波
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， 反射介质板采用两层介质板构成。
如图1.2.1所示， 被分束后的两束电磁波各自遇到金属 板反射回分束板， 再经反射或透射后有一部分分别进入接收 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， 两波相叠加， 干涉加强； 当其相位差为 π的整数齐次倍时， 两波相叠加， 干涉减弱。
第1章 电磁场与电磁波
(3) 根据所测得的边界条件数据， 编程计算加盖模型空 间内X=3 cm、 Y=7 cm点电场的近似值E(3, 7)。 若要精确求 出各点电场值，
(4) (5) 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？
第1章 电磁场与电磁波
实验2 平面电磁波的反射和干涉
(1) 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。
(2) 如果φ1与φ2的相位差为90°或270°， 则 Ex=Exm cos(ωt－kz+φ1)
(1.3.5) Ey=Eym cos(ωt－kz+φ2)
(1.3.6) 其合成场大小为
E
Ex2
ห้องสมุดไป่ตู้
E
2 y
Em
常数
(1.3.7)
它与x轴所成的夹角的正切为
第1章 电磁场与电磁波
tan
Ey Ez
tan(t kz 1)
- 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)。
如果入射波波长为λ， 两波的波程差为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=(2k+1)/2λ(k=±1， ±2， ±3, …)时， 接收天线检 波后电流表有极小指示。
B板固定不变， 从端点移动A板改变波程差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， 当出现m+1 个电流表指示极小时， 移动距离就为m/2个波长， 由此可测 出微波源的波长。
图1.1.2 静电场测试电路
五、 1.
2. 本实验方法很简单， 但它是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： (1) 将平行板电容器的被测模型所测的数据画成距离－ 电位图， 与平行板电容器理论上的距离－电位比较， 并解 释为什么在Y=0及Y=10 cm附近(“电极”附近)电位有急剧变 化。 (2) 若要模拟有边缘效应的情况， 其被测模型应如何改
(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、 S4， 求出电磁波的波长λ。
在实验时也可以测量其极大点， 但通常测量极小点比 测量极大点准确。
使用微波干涉仪也可以测量介质的相对介电常数Er。 在图1.2.1中， 固定反射板B前插入一块介电常数为Er、 厚度 为d的介质板。 这时在这一路径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Δδ， 即
Δ 2d ( r 1) (1.2.1)
(1.1.1)
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 0
(1.1.2)
J
E
E
因为方程组(1.1.1)与方程组(1.1.2)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(1.1.1)和 方程组(1.1.2)很容易求得
第1章 电磁场与电磁波
实验1 静电场边值问题 实验2 平面电磁波的反射和干涉 实验3 电磁波的极化
实验1 静电场边值问题
(1) 学习用模拟法测量静电场。 (2) 了解影响实验精度的因素。
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
0
D
E
ห้องสมุดไป่ตู้E
四、 (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) 移动反射板A， 观察接收信号强弱变化， 当干涉加强
时要尽可能地使电流表指示最大， 相抵消时尽可能地使电流 表指示最小。 (通常使电流表最大指示与最小指示之比在 10∶1以上。)
(2) 利用干涉条纹(即空间驻波)的分布学习一种测量微 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。
微波干涉仪与光学麦克尔逊干涉仪的基本原理相同， 只是采用微波(厘米级)代替光波(微米级)而已。 微波干涉仪 如图1.2.1
由微波源(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°的半透明介质板P， 其中一部分电磁 波被P反射， 向固定金属板B方向传播， 而另一部分电磁波 透射过P板向活动金属板A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。
(3) 根据所测得的边界条件数据， 编程计算加盖模型空 间内X=3 cm、 Y=7 cm点电场的近似值E(3, 7)。 若要精确求 出各点电场值，
(4) (5) 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？
实验2 平面电磁波的反射和干涉
(1) 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。
图1.1.1 静电场测试模型
四、 (1) 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”是透明塑料薄板， 板上沿X、 Y坐标轴每一厘米打一个小孔，
(2) 按图1.1.2连接好电路， 测稳压源输出电压并记入实 验数据表中， 测量时使用万用表逐点测量各点电位值。 估 算万用表测量误差。
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Δl， 使得Δl=Δδ／2, 则回到原来同级的
极小点。 测得Δl与介质板厚度d后可由下列公式求出Er。
Δl d ( r 1)
(1.2.2)
三、 实验设备如图1.2.1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45°， 与两反射板也成45°， A、 B两反射板互相垂 直。
图1.2.1 微波干涉仪
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， 反射介质板采用两层介质板构成。
如图1.2.1所示， 被分束后的两束电磁波各自遇到金属 板反射回分束板， 再经反射或透射后有一部分分别进入接 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， 两波相叠加， 干涉加强； 当其相位差为π 的整数齐次倍时， 两波相叠加， 干涉减弱。
( ) 0 ( ) 0
(1.1.3) (1.1.4)
若E与δ在所讨论区域为均匀分布(即其值与坐标无关)， 则方程(1.1.3)与方程(1.1.4)均可简化为拉普拉斯方程：
2 0,2 0
测试模型板两块， JW-12稳压电源一台， 万用表一部。 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 接地槽形导体内的电位分布。 被模拟的平行板电容器和加 盖槽形导体对应的模型如图1.1.1所示。