电磁场实验指导书

电磁场电磁波实验指导书盐城工学院信息学院

目录

第一章产品说明 (2)

一、系统简介 (2)

二、系统特点 (2)

三、系统组成 (2)

四、系统性能指标 (3)

五、系统主要部件参数 (3)

第二章实验内容 (5)

实验一电磁感应定律的验证及电场中位移电流的测量 (5)

实验二同轴测量线导体内驻波特性测试 (8)

实验三反射系数及驻波相位的测试 (10)

实验四电场中位移电流的测试及计算 (12)

实验五电磁波的偏振及极化测试 (15)

实验六电磁波的迈克尔逊干涉 (19)

实验七电磁波的频率功率测试 (23)

第一章系统说明

一、系统简介

电磁场电磁波及天线技术是电子信息工程、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，本系统包含功率计、频率计、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应用的创新能力。

二、系统特点

1、测试系统面向《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，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,系统自带同轴开槽测量线，测量电磁波在同轴线导体内的传输特性，如：驻波，全反射，波节，波幅等参数。

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，提高测试精度，减小读数给测试带来的误差。

5、本装置电磁波发射可选大功率或低功率两路输出，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。

6、测试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。

7、自带波长计算功能，液晶界面直接显示。

8、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功能。

9、通过实验现象可观测入射电磁波及反射电磁波叠加形成的驻波现象，测试电磁波的波长及频率。配置同轴式驻波测量槽线，可测试驻波参量，反射系数及电磁波的频率。

10、该测试系统融基础性、验证性与设计性于一体，由浅入深的引导学生完成电磁场电磁波及天线相关知识的学习，将抽象的理论知识通过实验现象反映出来，同时通过计算加以分析。

三、系统组成

本实验系统由电磁波发射器（主设备）、选频放大器（内置）、功率计（内置）、频率计（内置）、同轴测量线（外接，选配）、数字液晶显示测量标尺、支撑架、极化天线、反射板、移动滑板、感应天线等组成。

四、系统性能指标

1、工作频率范围：760MHz-1000MHz（可根据客户要求定制）

2、发射功率： <33dBm

3、整机功耗： <40W

4、标尺精度： 0.01mm

5、长度量程： 100CM

6、旋转测量精度：1°

7、极化测量量程：180°

五、系统主要部件参数

1、电磁波发射器

工作频率：1GHz左右，幅度频率均定制；电平值：<35dBm；频率稳定度：±5ppm

2、方波发生器

工作频率：1KHz可调；幅度：0.1V-4V可调

3、电磁波功率计

频率测试范围：输入信号频率5MHz-8GHz；

功率测试范围：-30dBm-10dBm；

显示：数码管显示

4、电磁波频率计

频率测试范围：450MHz-3GHz；显示：液晶显示

5、多极化天线（SMA接头）

参数：包含水平极化，垂直极化和圆极化（选配）三种极化方式

6、显示方式：数字液晶显示，可在任意位置归零，直观读取相对值和绝对值。

7、选频放大器（内置）

输入信号频率：1KHz；灵敏度：0.1mv；增益：0-60dB可调（兼具微调功能）

8、同轴测量线（选配，外接）

频率范围：700MHz-1.6GHz；阻抗：50Ω；耐功率：≥100W

9、PIN调制器

射频输入：300MHz-3GHz；方波输入：800Hz-1.2KHz

10、电流微安表

参数：测试范围：0.1uA-10uA

第二章实验内容

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。