电磁场与微波技术实验教程第1章
电磁场微波技术第一章解读
第一章高斯定理物理含义：1、电场强度通过任一封闭曲面的电通量等于该封闭曲面所包围的电量与真空介电常数之比。
2、电场强度在某点的散度等于该点的电荷体密度与真空介电常数之比。
环路定理物理意义：1、在静电场中将单位电荷沿任一闭合路径移动一周，静电力做功为零——静电场为保守场。
2、真空中静电场的电场强度的旋度处处为零。
由此可见，真空中静电场是有散无旋场。
电位（标量）选择场中某点P 作为参考零电位点,单位正电荷在电场力的作用下，自该点沿任一条路径移至P 点的过程中电场力作的功 等位面：电位相等的曲面 电场线与等位面一定处处保持垂直，等位面分布的疏密程度也可表示电场强度的强弱，（规定相邻的等位面之间的电位差保持恒定），那么等位面密集处表明电位变化较快，场强较强电位梯度( ) 电位：大小等于(d φ/dl)max,方向为使d φ/dl 获得最大增量的方向的矢量电场强度和电位梯度的关系：1.梯度方向总是垂直于等位面2.电场强度的方向为电位梯度的负方向3.梯度的大小等于电场强度的大小介质极化极化：在电场作用下，介质中束缚电荷发生位移的现象χe 称为极化率，它是一个正实数 介质中的高斯定理积分形式：物理意义：介质中穿过任一闭合面的电位移的通量等于该闭合面包围的自由电荷，而与束缚电荷无关。
微分形式： 物理意义：介质中微分形式的高斯定律表明，某点电位移的散度等于该点自由电荷的体密度。
两种介质的边界条件 1、切向边界条件 物理意义：在两种介质形成的边界上，两侧的电场强度的切向分量相等，或者说，电场强度的切向分量是连续的。
2、法向分量边界条件 物理意义：在两种介质边界上电位移的法向分量相等，或者说，电位移的法向分量是连续的。
介质与导体的边界条件 ：1.静电平衡：当孤立导体放入静电场中以后，导体中自由电子发生运动，电荷重新分布产生与原电场方向相反的二次电场，使导体中的合成电场消失为零。
2.边界上电场分布：3.空腔内外电荷分布：做恒定电场：将一块导体与电源的两个极板相连，由于两个电极之间始终存在一定的电位差，在导体中形成电场，使电子维持持续不断的定向运动，若外加电压与时间无关，导体中的电流就是恒定的，导体中的电场也是恒定的。
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。
电磁场与微波技术实验教程 第1章
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：
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-静电场ch1_1
30
梯度
方向导数
全微分表达式:
U U (M ) − U (M 0 ) ∆ =
l → 0 时，ω → 0
∂U ∂U ∂U = ∆x + ∆y + ∆z + ω∆l ∂x ∂y ∂z
∂U ∂l
=
M0
∂U ∂x
cos α +
M0
∂U ∂y
cos β +
研究生课程
电磁场与微波技术
Electromagnetic Fields and Microwave Technology
任课教师：孙保华 电话：13572057168 邮箱：bhsun@mail.xidian. 办公室：科技楼10楼1013
西安电子科技大学·电子工程学院
2
前言
课程介绍
西安电子科技大学·电子工程学院
26
第一章 静电场
矢量函数的偏导数
于是
ˆ ∂ρ ˆ =ϕ (1) × cos ϕ + (2) × sin ϕ ∂ϕ ⇒ ˆ (1) × sin ϕ − (2) × cos ϕ ∂ϕ ˆ = −ρ ∂ϕ
矢量函数的积分
)dt B(t ) + C ∫ A(t=
7
前言
标量（scalar）与矢量（vector）
电磁学中涉及物理量 方向、大小和运 算法则 电流密度（ J ，安培/平方米） 电场强度（ E ，伏特/米） 磁场强度（ H ，安培/米） —— 矢量 电位移矢量（ D，库仑/平方米） 磁感应强度（ B ，韦伯/平方米） ……
U ( x, y ) = C
E = − grad [U ( x, y )]
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。
电磁场与微波技术第一章
t t0时刻, 令f ( p, t0 ) f (u1 , u2 , u3 , t0 ) f 0
f0为常量，给f 一个微小增量df ,
面S
, u2 , u3 , t0 ) f 0 df f ( p, t0 ) f (u1
（3）方向导数最大值及对应方向； （4） 方向导数最小值及对应方向。
2 2 ˆ ˆ ˆz 在空间点 例3.求矢量场F x 4 x y 2 xy z p（ , , z） p(2 2 ,
4
,3)处的散度。
r ˆ ˆA r , 试求在球体V：r a,0 , 例3. 已知A 2 r r 0 2 , 及其界面r a,0 ,0 2上验证 高斯定理。
t0），场值相等的点的集合称
导体等势面
为等值面。
温度场： 等温面
热源
2.由于空间任意点与场值是一一对应关系，故标量场的函
数是单值函数，各等值面是互不相交的。
3. 标量函数f(u1 ,u 2 ,u 3 ,t), 等值面方程为： f(u1 ,u 2 ,u 3 ,t0 ) f 0 ( f 0 为常量)。
, t0 ) f ( p1 , t0 ) df f ( p1
f (u1 du1 , u2 du2 , u3 du3 , t0 ) f (u1 , u2 , u3 , t0 )
3 f f f f du1 du2 du3 dui u1 u2 u3 i 1 ui
3 广义坐标系中，任意方向线元 dl u ˆi hi dui
3 f 3 1 f df dui u ˆi hi dui ˆi u i 1 i 1 hi ui i 1 ui
电磁场与微波技术01场论.ppt
4
1.1 矢量的基本运算公式 1.1.2 矢量的基本公式
(3) 标量积和矢量积
矢量的相乘有两种定义-标量积(点乘)和矢量积(叉乘)。
标量积A·B A B AB cosaAB
A B B A
并有 xˆ yˆ yˆ zˆ zˆ xˆ 0, xˆ xˆ yˆ yˆ zˆ zˆ 1
例如,在直角坐标下,
如温度场,电位场,高度场等;
如流速场,电场,涡流场等。
标量场 矢量场
3
1.1 矢量的基本运算公式 1.1.2 矢量的基本公式
设 A xˆAx yˆAy zˆAz
B xˆBx yˆBy zˆBz
(1) 矢量的数乘
aA xˆaAx yˆaAy zˆaAz
(2) 矢量的加法和减法
M
l3 3 3
r 1 1 0 2 1 2 1
所以
l M 2 3 2 3 2 3 226
1.3.3 梯度的物理意义
• 标量场的梯度是一个矢量,是空间坐标点的函数;
• 梯度的大小为该点标量函数 的最大变化率，即该点最
大方向导数; • 梯度的方向为该点最大方向 导数的方向,即与等值线（面）
相垂直的方向，它指向函数的
dz y2z
解得矢量方程 xz2c1yx2 c2
c1和c2是积分常数。
16
1.2.3 场图
形象描绘场分布的工具--场线 标量场--等值线(面)。 其方程为 h (x, y, z) const
矢量场--矢量线
其方程为 Adl 0
在直角坐标下:
Ax Ay dx dy
在某一温度上沿什么方向温度变化最快？
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程
电磁场与微波技术实验教程
本实验教程旨在介绍电磁场与微波技术的基本原理、实验方法和实验操作，帮助学生系统地了解并掌握相关知识和技能。
主要内容包括：电磁波的传播和特性、电磁场的基本概念和理论、电磁场与介质相互作用、微波传输线和器件、微波天线和辐射场、微波器件的制作和测试等。
通过实验操作，学生可以深入理解电磁场与微波技术的实际应用和工程实践，同时提高实验设计和实验分析的能力。
本教程适用于电子信息类专业本科和研究生课程的教学和实验实践。
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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
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ห้องสมุดไป่ตู้
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2 y
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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
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Ey Ez
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2 2 E E x E y E m 常数
(1.3.5) (1.3.6)
(1.3.7)
第1章 电磁场与电磁波
它与x轴所成的夹角的正切为
所以 α=ωt－kz+φ1 (1.3.9)
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。
Ey tan tan(t kz 1 ) Ez
(1.3.8)
第1章 电磁场与电磁波
三、 实验设备
实验设备如图1.3.1所示。
图1.3.1 电磁波极化实验设备
第1章 电磁场与电磁波
四、 实验内容
(1) 用金属板挡住发射天线⑥， 转动接收天线⑨， 测出 发射天线⑦的辐射图(线极化)。 (2) 用金属板挡住发射天线⑦， 利用接收天线⑨， 测出 发射天线⑥的辐射图(线极化)。 (3) 发射天线⑥和发射天线⑦同时辐射， 使接收天线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)； 使接收天线⑨在水平方向和垂 直方向电磁波相位正交(将接收天线⑨转动45°， 调节可变 相移器， 使电流表指示与水平和垂直相等)， 测其合成辐射 图为圆极化。 也可调节可变相移器， 测出不同的相移量时
第1章 电磁场与电磁波
二、实验原理
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所示。 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。
第1章 电磁场与电磁波
图1.1.2 静电场测试电路
第1章 电磁场与电磁波
五、 实验结果
1. 实验数据
第1章 电磁场与电磁波
第1章 电磁场与电磁波
2. 思考
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 变？
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。 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。
第1章 电磁场与电磁波
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
第1章 电磁场与电磁波
实验1
一、实验目的
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。
第1章 电磁场与电磁波
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 0 D E E
(1.1.1)
第1章 电磁场与电磁波
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：
2 2 2 2 E E x E y E xm E ym cos(t kz 1 )
(1.3.3) 电场分量与x轴的夹角α为
Ey E ym arctan arctan 常数 Ez E xm
(1.3.4)
第1章 电磁场与电磁波
(2) 如果φ1与φ2的相位差为90°或270°， 则
第1章 电磁场与电磁波
实验2
一、实验目的
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) 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。
第1章 电磁场与电磁波
(1) 如果电磁波场强的x和y分量分别为
Ex=Exm cos(ωt+φ1－kz) Ey=Eym cos(ωt+φ2－kz) (1.3.1) (1.3.2)
第1章 电磁场与电磁波
当φ1等于φ2， 或φ1与φ2的相位差为2nπ时， 其合成电场
为线极化波， 其合成场大小为
第1章 电磁场与电磁波
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)
第1章 电磁场与电磁波
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。 (1.2.2)
Δl d ( r 1)
第1章 电磁场与电磁波
三、 实验设备
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。
Er数值。
第1章 电磁场与电磁波
五、 实验结果
1. 实验数据
第1章 电磁场与电磁波
实验3
一、 实验目的
电磁波的极化
(1) 学习电磁波极化的测量方法。 (2) 学会判读线极化波和圆极化波的方法。
第1章 电磁场与电磁波
二、 实验原理
平面电磁波沿轴线前进没有Ez分量， 一般情况下， 存 在Ex分量和Ey分量。 如果Ey分量为零， 只有Ex分量， 则称 其为x方向线极化； 如果只有Ey分量而没有Ex分量， 则称其 为y方向线极化。 一般情况下， Ex和Ey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。 当这两个分量的 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。
的椭圆极化图像。
第1章 电磁场与电磁波
五、 实验结果
1. 实验数据
圆极化：
第1章 电磁场与电磁波
2. 数据处理
根据测试数据， 画出三种极化方式的方向图。
第1章 电磁场与电磁波
第1章 电磁场与电磁波
第1章 电磁场与电磁波
3. 思考
将实验测量所得的图形与教材上所示结果进行对比， 说明二者不同的原因， 并将此写入实验报告。 如图1.3.2所示， A为椭圆横轴场强， B为椭圆纵轴场强， 其所测图像中A为椭圆长轴， B为椭圆短轴。 当B等于零时 为水平线极化波， 当A等于零时为垂直线极化波， 当B等于 A时为圆极化波。
第1章 电磁场与电磁波
图1.3.2 极化图
(1.1.3) (1.1.4)
第1章 电磁场与电磁波
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：
0, 0
2 2
第1章 电磁场与电磁波
三、实验设备
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。
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， 实验应该如何改进？ (4) 造成本实验误差的因素有哪些？应如何克服？ (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？
(1.1.2)
第1章 电磁场与电磁波
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
( ) 0 ( ) 0
第1章 电磁场与电磁波
图1.1.1 静电场测试模型
第1章 电磁场与电磁波
四、 实验内容
(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， 形成一个正方形网格阵。 (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。