《电磁场与电磁波》电磁实验要求

电磁场实验指导一、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。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电磁感应定律的验证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实验要求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。我们通过感应天线体，来验证电磁场的存在。实验原理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。一般采用螺旋天线来降低天线尺寸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。（一）测量电磁波发射频率1、用N型电缆直接将“RF输出”连接至“校准及测试口”。2、调节至频率测试档，直接读出频率值。3、已知电磁波发射源的频率F,求得波长：λ=V光/F，比如，电磁波发射源频率为900MHZ,则：λ=V光/F=3*108/900*106=0.33M.半波天线长L=0.165M则两端子分别均为0.165/2=8.25CM实验步骤（二）制作半波振子天线1、剪下一段铜丝，按计算得到尺寸剪下2段铜丝。2、将铜丝末端漆刮掉，保持良好导电。3、将天线安装到转盘上，这时就完成了半波天线的制作。4、其他天线方法同上。（三）验证麦克斯韦电磁理论，电磁场的存在1、按下发射开关，电磁波经传输电缆，经天线发射后在空中传输2、灯泡被点亮，验证了电磁场的存在。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。如果将另一副天线置于电磁波中，就能在天线体上感生高频电流，我们可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，感应电动势越大。如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁感应装置。当越靠近发射天线，灯泡被点的越亮。越远离天线，灯泡越暗。（三）验证麦克斯韦电磁理论，电磁场的存在1、用N型连接电缆连接“RF输出”和“功率放大”两个端口，“RF放大输出”通过SMA连接线，将电磁波信号输送到极化天线上。2、按下机器供电开关，机器工作正常，按下功率发射按钮，绿色发射指示灯亮，说明发射正常。3、半波天线的长度计算方法：已知电磁波发射源的频率F,求得波长：λ=V光/F，比如，电磁波发射源频率为900MHZ,则：λ=V光/F=3*108/900*106=0.33M.半波天线长L=0.165M则两端子分别均为0.165/2=8.25CM下面开始制作天线。注意：（天线端口与支撑金属片固定端的铜丝上的绝缘漆要刮）4、用金属丝（铜丝）制作典型的半波天线，安装于感应灯板两端，竖直固定到测试支架上，调节测试支架滑块到离发射天线40cm左右，按下功率信号发生器上发射按钮，白炽灯被点亮。5、开始移动测试支架滑块（向靠近极化天线方向移动），直到小灯刚刚发光时，直接在显示器上读取滑块与发射天线的距离并记录。五、注意事项1、按下机器供电开关，机器工作正常，按下功率发射按钮，发射指示灯亮，说明发射正常。2、测试感应器时，不能将感应