哈工大电磁场实验报告
哈工大
电磁场实验报告
电磁波波动特性的实验研究
1．实验目的
无线电的使用频率在不断提高，微波（超高频），由于它的波长短、频率高、方向性强，所以广泛的应用在雷达、遥控、电视、射电天文学、接力通讯和卫星通讯等方面。
微波通常指分米波、毫米波的电磁波，它的频率极高，一般在300~300000兆赫，所以有关微波的产生、放大、发射、接收、测量、传输等和一般的无线电波不尽相同。在微波技术中，需要微波电子管、晶体管、波导、同轴线和一些诸如衰减器，谐振腔等特殊元件。
从电磁波的本质来说，微波也具有波动的共同特点，如反射、折射、衍射、干涉、偏振等。我们根据它们的这种共同的通性，以及微波波长接近光波波长的特点，模仿光学实验的方法，来做电磁波波动特性的实验。
我们的实验目的是，以微波作波源，用模拟光学实验的方法，来研究电磁波所具有的传递能量和波动的特性。
2．微波实验主要仪器简介
1）三厘米固态信号源
三厘米固态信号源结构简单、体积小、重量轻、输出功率大、性能稳定、携带使用方便。主要技术指标：
工作频率范围：9370±50MHz 在工作频率范围内，输出功率≥20mW
工作模式：等幅波、方波
输入电源：220V±10%
2）微波分度计
其总体结构如图1-1所示，可分为三个部分。
1、发射部分
它是由固定臂及臂上的发射喇叭和可变衰减器组成，其微波信号是由三厘米固态信号发生器经同轴电缆馈电送至发射天线。
2、接收部分
它由可绕中心轴转动的悬臂和臂上端的接收喇叭，检波器组成。
3、在两喇叭之间的中心轴自由转动的圆形小平台，平台被均分为360等分。
图1-1
（一）电磁波的反射实验
1、实验目的
任何波动现象（无论是机械波、光波、无线电波），在波前进的过程中如遇到障碍物，波就要发生反射。本实验就是要研究微波在金属平板上发生反射时所遵守的波的反射定律。
2、实验原理
电磁波从某一入射角i射到两种不同介质的分界面上时，其反射波总是按照反射角等于入射角的规律反射回来。
M',在反射方向的位如图（1-2）所示，微波由发射喇叭发出，以入射角i设到金属板M
置上，置一接收喇叭B，只有当B处在反射角i'约等于入射角i时，接收到的微波功率最大，这就证明了反射定律的正确性。
图1-2
3、实验仪器
本实验仪器包括三厘米固态信号发生器，微波分度计，反射金属铝制平板，微安表头。
4、实验步骤
1）将发射喇叭的衰减器沿顺时针方向旋转，使它处于最大衰减位置；
2）打开信号源的开关，工作状态置于“等幅”旋转衰减器看微安表是否有显示，若有显示，则有微波发射；
3）将金属反射板置于分度计的水平台上，开始它的平面是与两喇叭的平面平行。
4）旋转分度计上的小平台，使金属反射板的法线方向与发射喇叭成任意角度i，然后将接收喇叭转到反射角等于入射角的位置，缓慢的调节衰减器，使微安表显示有足够大的示数μ）。
（50A
5）熟悉入射角与反射角的读取方法，然后分别以入射角等于30、40、50、60、70度，测得相应的反射角的大小。
6）在反射板的另一侧，测出相应的反射角。
5.数据的记录预处理
记下相应的反射角，并取平均值，平均值为最后的结果。
6.问题讨论
为什么要在反射板的左右两侧进行测量然后用其相应的反射角来求平均值。
答：由于实验仪器存在回程差，故分别向左和向右测量以抵消回程差的影响，使测量结果更为精确。
（二） 电磁波的偏振实验 1． 实验目的
通过实验研究来进一步熟悉电磁波的偏振特性 2． 实验原理
喇叭天线的增益大约是20分贝，当发射喇叭口面的宽边与水平面平行时，发射信号电矢量的偏振方向是垂直水平面的直线偏振波，假设该直线偏振波在接收喇叭处强度为
α20cos ?=I I 其中α是I 与0I 之间的夹角，这就是光学中关于光强分布的马吕斯定律。
本实验所用接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的，从而可在旋转波导的轴承环的
090范围内旋转，当接收喇叭与发射喇叭之间的夹角为α，则接收的信号强度是α20cos ?=I I 。因此，转动接收喇叭，就可得到转角与微安表的一组数据，并可与马吕斯
定律相比较。 3． 实验步骤
1） 首先把发射喇叭和接收喇叭调到一条直线上，旋转平台上的定位销，使悬臂固定，此时，使波导的指示在零度处。
2） 调节衰减器，使微安表的指示足够大（60A μ）作为0I （0I =74A μ）。 3） 然后旋转接收喇叭， 0090~0每隔0
10记下相应的电流强度。 4） 然后从0
0~90每隔0
10记下相应的电流强度。
（三） 电磁波的衍射实验 1.微波单缝衍射实验 1) 实验目的
熟悉电磁波具有波的绕射通性，测试微波的衍射强度随衍射角的变化规律。 1） 实验原理
微波的衍射原理与光波完全相同，当一束平面波入射到一宽度和波长可以比拟的狭缝时，它就要发生衍射现象。设电磁波波长为λ，如图（1-3）所示，平面电磁波垂直入射到宽度为α的夹缝上，当衍射角符合如下条件时
图1-3
λ?k a ±=?sin （A ）
在狭缝后面出现衍射波的强度极小。
当2)
12(sin λ
?+±=?k a （B ）
（=k 1、2、3…）
时，则在缝后面出现衍射波的强度极大。介于上述两条件之间的衍射波，衍射波的强度在极小值与极大值之间变化，其相对衍射强度与衍射角之间的变化规律如图（1-4）所示（纵坐标为相对衍射强度I ，横坐标为衍射角?）
图1-4
4)实验步骤
1． 首先将发射喇叭与接收喇叭的中心和分度计上小平台的中心三者调到同一个垂直平面内，并且保证发射喇叭和接收喇叭处于等高。 2． 将铝制板缝的宽度调为7厘米，然后使狭缝平面与两喇叭的连线成正交方向固定在分度计的小平台上
3． 调节衰减器使微安表的显示足够大。 4． 从衍射角为零度开始在单缝的两侧，衍射角每改变1度去读取一次示数，并添入数据表。 5． 根据公式（A ）和（B ），并由已给微波波长3.2厘米，缝宽7.0厘米，计算出一级极小和一级极大的衍射角。
(四) 用微波的布拉格衍射实验测定模拟晶体的晶格常数
1） 实验目的
仿照X 射线入射真实晶体发生衍射的基本原理，我们用制作的放大的晶体模型代替真实晶体，以微波代替X 射线。让微波向模拟晶体入射，观察波在“晶体”的不同晶面上反射时，其反射波产生干涉所符合的条件与微波的波长，“晶体”的晶格常数以及掠射角之间的关系。 2） 实验原理
如图（1-5）所示，设原子之间的距离为d ，当一束微波以θ角掠射到100晶面，一部分微波将为表面层的“原子”所散射，其余部分的微波将为“晶体”内部的各“晶面”上的原子所散射。各层晶面上“原子”散射的本质是因“原子”在微波电磁场的作用下，做与微波同频率的受迫振动，然后向周围发出微波，按反射定律的方向反射的微波强度最大。 由图（1-5）可知，波束1'和波束2'是分别由表面层和第二层所反射，其波程差为
θsin 2D CB AC =+
显然，当符合下列条件时
λθK d =sin 2 K=1，2，3
反射的微波是干涉加强。上式就是晶体衍射的布拉格公式。 本实验使用的微波波长2.3=λ厘米；晶格常数00.4=d 厘米。
图1-5
3） 实验步骤
1、 首先将发射喇叭和接收喇叭置于等高度，然后调在同一垂直面内。
2、 用以给的i 和d 用公式计算出2,1=k 是对应的掠射角。
3、 将“晶体”放在转动的小平台上，掠射角从零度测起，每改变2度测一读数，然后记下电流表的数值，以电流表的值I 为纵坐标，以掠射角θ为横坐标，做出θ-I 的关系曲线。
θ-I 的关系曲线如下所示。
(五) 麦克尔逊实验（用介质测波长）
麦克尔逊实验基本原理如图1-6所示，在电磁波前进的方向放置45度半透射板，由于板的作用，将入射波分成两束；一束向A 方向传播，一束向B 方向传播，由于A 、B 两处反射作用，两束波就再次发射到半透明板，并到达接收喇叭，由于接收喇叭接受两束波同频率，振动方向一致的两个波。如果两个波相差为π2的整数倍时，则干涉加强，当相位差为π的奇数倍时，则干涉减弱。因此移动B 处的反射板，当表头指示从一个极小值变到另一个极小值时，则B 处反射板移动2
λ
波长的距离。
图1-6
实验时通过移动读数机的一端，使表头出现1+N 个极小值（极大值），并同时记下读
数机移动的相应位移数，从而求得反射板的移动距离L ，则波长为N L /2=λ，A μ零指示N 2/
测得 cm N
L
25.32≈=λ
实验三 双缝干涉
1、实验目的
通过实验观察并测量双缝干涉的现象及特性。
2、实验原理
r
v
1
φ
如图 3 所示，在一块金属板上相隔 b 有两个宽度
a
b
同为a 的缝隙，当电磁波垂直入射到该金属板上时， 在两个缝上均产生感应磁流，这两个缝隙可以看成为两
r
v
2
个天线，金属板背面的场是这两个缝隙辐射场的叠加
a
（干涉的结果）。当 b 的值较大时，即忽略两个缝隙之间的相互影
响，则金属背面的场为
E E 1 E 2
其中 E 1 和E 2分别为两个缝隙辐射的场，因为金属板与入射线垂直，则两个缝 隙上的感应磁流相同，即
{][}][[
]][[]θθ??sin )(sin 212/sin )(1sin )(1sin )(11111111121b a k e e jE e e E e e E e E e E E b a r jk jkr b a r jk jkr b a r jk jkr jkr jkr +=+=+=+=+---+---+-----
则总场的幅度为
E = 2E 1 sin[k (a + b )sin θ]
因此当
sin[k (a + b )sin θ ]/ 2 = 1
即
[k (a + b )sin θ ]/ 2 = (2n +1)π / 2 ，
??
?
?
??++=-b a n λ?212sin 1
时，总场（干涉场）出现加强） 当
sin[ k ( a + b )sin θ ]/ 2 = 0
即
[k (a + b )sin θ ]/ 2 = n π
??
?
???+=-b a n
λ?1sin 时，总场（干涉场）出现减弱。
3、实验系统构建
（1）发射、接收喇叭安装同实验一，取工作波长λ = 32mm ；
（2）调节双缝铝板，使缝的宽度为a = 40mm ，b =130mm ；
（3）将双缝板安装到支座上，使铝板平面与小圆盘上的某一对刻度线一致，
此刻度线应与工作台上的900 刻度的一对线一致；
(4) 转动小平台使固定臂的指针指向小平台的1800 处，此时小平台的00 就是
缝隙平面的法线方向；
4、实验步骤
（1）按照信号源操作规程接通电源；
（2）调节衰减器使微安表的读数指到合适位置（80 ìA ）；
(3) 从衍射角00
开始，每改变10
读取一次表头读数，并记录下来。做完实验 后关闭电源，将衰减器的衰减调至最大。
5、实验报告
(2)标注一级极小，一级极大的角度。
由图像可知，一级极小的角度为4°，一级极大的角度为10°。
(3)对实验现象的分析和讨论。
从表中可以读出一级极小的角度约为4°，一级级大的角度约为10°。理论上由公式推导出一级极小的角度为5.4°，以及极大的角度约为10.8°，实验结果与理论值较符合。双缝干涉实验中，发射喇叭发射的能量经过双缝后，在空间形成了干涉现象，随着衍射角的变化，接收喇叭可以接收到各个方向的能量，通过能量的大小变化，就可以粗略获知双缝干涉图样，通过左右两个方向的旋转观察，也减小了单侧观察可能出现的误差，消除了离轴误差，实验结果具体情况可见上图，结果显示，极小与极大角度实测值与理论值较符合。
实验六偏振（极化）（二）
1、实验目的
通过实验掌握利用极化栅产生圆极化的方法，掌握圆极化的特性及检测技术。
2、实验原理
如图10所示，将发射喇叭旋转450，则发射喇叭辐射的电磁波可以分解为水
平极化和垂直极化波。由实验四已知，从发射喇叭发出的电磁波被介质板（此实验为玻璃板）分成两束波，一束为反射波，这部分波到达栅板1，栅板1只能将电场与金属丝平行的电磁波反射，而电场与金属丝垂直的电磁波则顺利穿过极化栅板，被后面的吸波材料吸收，被栅板1反射回来的电磁波，部分透过介质板到达接收喇叭，这部分电磁波为垂直极化波；同理，另一束从发射喇叭发出的电磁波，透过介质板直接传输到栅板2，电场与栅板2金属丝平行的部分被反射，垂直的部分透过金属栅被其后面的吸波材料吸收，反射回来的电磁波，部分被介质板反射到达接收喇叭，这部分电磁波为水平极化波，这样接收喇叭接收到的电磁波分别为栅板1和栅板2反射的电磁波，它们的极化方向相互垂直，幅度相同，再前后移动栅板2或栅板1，可以使它们的相位差达到90度，形成圆极化。
图10 圆极化波的产生及检测
3、实验系统构建
(1) 安装喇叭天线，使发射喇叭（固定臂）和接收喇叭（旋转臂）之间互成900，两个喇叭极化方向一致；
(2)安装极化栅板，一个极化栅板（如板1）为固定安装，另一个则安装于
读数器上，读数器安装于分光仪的指定位置，使极化栅板面与两个喇叭的轴线分 别垂直，两个极化栅板的金属丝方向互相垂直； (3)安装介质板，使介质板与两个喇叭的轴线互成 450
。
图 11 圆极化实验系统
4、实验步骤
(1) 按照信号源操作规程接通电源；
(2)调节衰减器的衰减量，使微安表的读数合适（如 80 微安）；
(3)旋转发射喇叭的极化方向为 450
；
(4)在0 0
到 900
之间旋转接收喇叭，将出现在任意角度下 E á≤E （或 E // ），这
时改变金属栅 2 的位置，使得 E α = E ⊥ = E // ，这样就实现了两个波的相位差
为± ，得到圆极化波；
(5)由于测试条件的限制， E α 和 E ⊥ 、 E // 不能完全相等，当接收喇叭在0 ~ 3600 旋转时，总会出现检波电压波动；但当E min / E max ∝
I I
max min
/≥ 0.9
时，即椭圆度为 0.93 时，可以认为基本实现了圆极化波；
(6)旋转接收喇叭记下不同角度的检波电流，求出圆极化波的椭圆度； (7)实验结束，将衰减器调节至衰减最大，关闭电源。
5、实验报告
(3)对实验现象及现象的分析和讨论，得出结论。
在本次实验中，当接收喇叭旋转时，检波电流基本保持不变。发射喇叭仪器存在系统误差，得不到绝对的水平极化和垂直极化波；栅板也不是绝对的平面，也影响入射角和反射角的大小；电流表等仪器灵敏度不高均影响检波电流的测量，在实验条件允许的条件下，本实验基本获得了圆极化波。因此，可以得到结论：同频率正交场的两个线极化波相位差为90°,幅度相等时,合成场波为圆极化波。
实验七、左旋/右旋圆极化波
1、实验目的
通过实验观察测试左旋/右旋圆极化电磁波的特性，掌握利用介质片及圆波导产生圆极化波的方法。
2、实验原理
本实验主要使用DH30002型电磁波极化天线（如图12）和DH926B型微波分光仪。
图12 DH30002型电磁波极化天线
图13DH30002型电磁波圆极化天线的工作原理
电磁波极化天线 DH30002 是由方圆波导转换、介质圆波导和圆锥喇叭组成。介质圆波导可作 360o旋转，并有刻度指示给出转动的角度，当矩形波导中的 TE10波经方圆波导转换到圆波导口面时，就过渡为圆波导的 TE11波，并可在介质圆波导内分成两个分量的波，即电场垂直于介质片平面的波和电场平行于介质面的波。本系统设计为频率在 9370MHz（即32mm）左右，使两个分量的波相位差90o，适当调整介质圆波导（亦可转动介质片）的角度使两个分量的幅度相等时则可得到圆极化波。
当圆极化波辐射装置方变圆波导（如图 13）使 TE10 的E y波过渡到 TE11 成为E R波后，在装有介质片的圆波导段内分成E t和E n两个分量的波，E t和E n的传播速度不同，即V c V n
当介质片的长度 L 合适时，使E n波的相位超前t E 波的相位90°，这就实现V t =Vc/
r
了圆极化波相位条件的要求；为使n E 与t E 的幅度相等，可使介质片的n?方向跟Y轴之间夹角为á 45?，若介质片的损耗
略去不计，则有Emax Emin 2Erm实现了圆极化波幅度相等条件的要求（实际上有时需稍偏离 45?以实现幅度相位的要求）。
圆极化波是右旋还是左旋特性的确定：电场旋转方向和波的传播方向符合
右手螺旋规则的波，定为右旋圆极化波，反之定为左旋圆极化波。本组件中介质片长度L 已定在适合于 9370MHz 50MHz 的带宽范围内工作，其椭圆度 0.93。圆极化天线除作为圆极化波工作外，也可作线极化波、椭圆极化波工作使用。作为线极化波工作时，介质片n 与y轴相垂直（或平行）。作为椭圆极化波工作时，介质片n 与y轴夹角可在α=0~45?之间。
3、系统构建
(1) 将发射端喇叭换成DH30002 型电磁波极化天线，即如图12 所示的圆锥喇叭，并使圆锥喇叭连接方式同原矩形发射喇叭连接（圆锥喇叭的方圆波导转换仍连接微波分光仪的衰减器和DH1121B型三厘米固态信号源的振荡器）；
(2) DH926B 型微波分光仪的接收喇叭（矩形喇叭）口面应与DH30002 型电磁波极化天线（圆锥喇叭）口面互相对正，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭位置的指针分别指于工作平台的90°刻度或0°-180°刻度处。
4、实验步骤
(1) 按照信号源操作规程接通电源；
(2)调节信号源的频率到9370MHz ± 50MHz 范围（注：一般已调好）；
(3)旋转发射喇叭的极化方向为, 其内部介质片也随之旋转，内部介质片应与矩形波导的宽边成450,理论上实现了圆极化波幅度相等条件的要求；
(4)由于测试条件的限制，当接收喇叭在0° ~ 3600旋转时，总会出现检波电流波
动；但当E min/E max∝ I min / I max≥ 0.93时，即椭圆度为0.93 时，可以认为基本实现了圆极化波；
(5)旋转接收喇叭记下不同角度的检波电流，求出圆极化波的椭圆度。
(6)实验结束，将衰减器调节至衰减最大，关闭电源。
5、实验报告
（1）整理数据，绘出曲线。
（2）分析实验数据，并对实验现象分析和讨论，得出结论。
实验中从转盘中央向一侧转动接受装置时，发现微电流计的示数发生波动。由于连接接收装置的微电流计测得的电流与接收装置接收到的电磁波的能量成正相关，因此从实验数据可以得出大致结论：波长为3.2厘米的微波通过与竖直方向成45度角的圆极化波辐射装置后成为圆极化波，在某两个角度可以接收到该圆极化波能量的最大值和最小值（54uA/48uA）,求得该圆极化波的椭圆度约为0.94，符合圆极化波的要求，说明产生圆极化波的辐射装置角度调节较为适当。
实验八、圆极化波的反射/折射
1、实验目的
通过实验验证圆极化波的接收性能。
2、实验原理
如图14所示，如果发射圆极化天线发射的电磁波为右旋圆极化波，该波经
过介质板（此实验为玻璃板，电磁波传播方向成450夹角），一部分反射，另一部分透过介质板继续向前传播（极化方向不变）仍为右旋圆极化波。辐射的右旋圆极化波必须用右旋圆极化天线接收。若用左旋圆极化波天线接收时，理论上接收信号为零。反之亦然。如果接收天线极化不变时，当其分别处于位置A 和位置B时，有一个位置接收不到信号。
图14圆极化波反射/折射特性原理图
3、系统构建
(1)在前一个实验的基础上，即 DH926B 型微波分光仪发射端喇叭——DH30002 型电磁波极化天线（圆锥喇叭）在调整形成圆极化波的基础上，将微波分光仪接收端喇叭（矩形喇叭）也更换成 DH30002 型电磁波极化天线（圆锥喇叭），并使圆锥喇叭连接方式同原矩形接收喇叭连接（圆锥喇叭的方圆波导转换仍连接微波分光仪的检波器）；
(2) 接收与发射喇叭（DH30002 型电磁波极化天线）口面互相对正，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭位置的指针分别指于工作平台的90°刻度处。
(3)将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。将半透射板放到支座上时，应使半透射板平面与支座下面的小圆盘上的0°-180° 这对刻线一致，这时小平台上的90°刻度就与介质板（玻璃板）的法线方向一致。
4、实验步骤
(1) 按照信号源操作规程接通电源；
(2)调节信号源的频率到9370MHz 50MHz 范围（注：一般已调好）；
(3)转动微波分光仪的小平台，使固定臂指针指在某一刻度处，这刻度数就是入射角度数；
(4)缓慢转动活动臂，观察微安表的读数，记录下微安表读数最大和最小时活动臂的角度；
(5)实验结束，关闭电源。
注意：入射角最好取30°至65°之间，因为入射角太大或太小接收喇叭有可能直接接收入射波。做这项实验时应注意系统的调整和周围环境的影响。
5、实验数据
入射角读数：45度
实验原理：
发射圆极化天线发射的电磁波为右旋圆极化波，该波经过介质板（此实验为
玻璃板，电磁波传播方向成450夹角），一部分反射变为左旋圆极化波，另一部分透过介质板继续向前传播（极化方向不变）仍为右旋圆极化波。因为接收天线是右旋圆极化天线，理论上接收左旋圆极化电磁波信号为零。所以当接收天线转至一定角度后，接收不到透射的右旋圆极化波，而反射的左旋圆极化波因为和接收天线的极性相反，接受的信号为零。而当接收天线角度为零时，透过介质板的右极化波传播方向一致，所以接收的信号最大。
电磁场HFSS实验报告
实验一 T形波导的内场分析 实验目的 1、熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。 2、掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。实验仪器 1、装有windows 系统的PC 一台 2、HFSS15.0 或更高版本软件 3、截图软件 实验原理 本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。 T形波导
实验步骤 1、新建工程设置： 运行HFSS并新建工程：打开HFSS 软件后，自动创建一个新工程：Project1，由主菜单选File\Save as ，保存在指定的文件夹内，命名为Ex1_Tee；由主菜单选Project\ Insert HFSS Design，在工程树中选择HFSSModel1，点右键，选择Rename项，将设计命名为TeeModel。 选择求解类型为模式驱动（Driven Model）：由主菜单选HFSS\Solution Type ，在弹出对话窗选择Driven Model 项。 设置长度单位为in：由主菜单选3D Modeler\Units ，在Set Model Units 对话框中选中in 项。。 2、创建T形波导模型： 创建长方形模型：在Draw 菜单中，点击Box 选项，在Command 页输入尺寸参数以及重命名；在Attribute页我们可以为长方体设置名称、材料、颜色、透明度等参数Transparent（透明度）将其设为0.8。Material（材料）保持为Vacuum。 设置波端口源励：选中长方体平行于yz 面、x=2 的平面；单击右键，选择Assign Excitation\Wave port项，弹出Wave Port界面，输入名称WavePort1；点击积分线(Integration Line) 下的New line ，则提示绘制端口，在绘图区该面的下边缘中部即（2,0,0)处点左键，确定端口起始点，再选上边缘中部即(2,0,0.4)处，作为端口终点。 复制长方体：展开绘图历史树的Model\Vacuum\Tee节点，右键
武大电气工程电磁场仿真实验报告
武汉大学 工程电磁场及高电压综合实验
一、题目 有一极长的方形金属槽，边宽为1cm，除顶盖电位为100sinπxV外，其他三面的电位均为零，试用差分法求槽内电位的分布。 二、解题原理：均匀媒质中的有限差分法 我们在求解场的分布时，当边界形状比较复杂时，解析分析法不再适合了，我们可以采用数值计算的方法，数值计算法的基本思想，是将整体连续的场域划分为若干个细小区域，一般称之为网格或单元，如图1所示，然后用所求的网格交点（一般称为节点或离散点）的数值解，来代替整个场域的真实解。因而数值解，即是所求场域离散点的解。虽然数值解是一种近似解法，但当划分的网格或单元愈密时，离散点数目也愈多，近似解（数值解）也就愈逼近于真实值。 实解。在此处键入公式。 图1场域的剖分，网格节点及步长
(一）、场域的剖分、网格节点及步长 由边界Γ所界定的二维平行平面场（见图1），若采用直角坐标系则可令该场处在xoy 平面内。 所谓场域的剖分就是场域的离散化，即将场域剖分为若干个网格或单元。最常见最简单的剖分为正方形剖分，这种剖分就是在xy 平面上作许多分别与x 轴及y 轴平行的直线，称为网格线。网格线的交点称为节点或离散点，场域内的节点称为内节点，场域边界上的节点称为边界节点。两相邻网格线间距离称为步长，一般以h 表示。若步长相等则整个场域就被剖分为许多正方形网格，这就是正方形剖分。节点（离散点）的布局不一定采用正方形剖分，矩形剖分也常采用，正三角形剖分偶尔也被应用，不过最常见的最简单的仍然是正方形剖分。 （二）、差分与微分 从前面的分析可知，稳恒电、磁场的求解问题，归根到底是求解满足给定边界条件的偏微分方程（泊松方程或拉普拉斯方程）的解的问题所谓差分方法，就是用差商近似代替偏微商，或者说用差分代替微分，从而把偏微分方程转换为差分方程，后者实际上为代数方程。因此这种转化有利于方程的求解。 下面分别对一阶及二阶的差分公式进行推导。首先回顾有关偏导数的定义，有 00(,)(,)(,)(,) lim lim x x f f x x y f x y f x y f x x y x x x →→?+---==? (1) 因此当|x| 充分小时，可近似地用(,)(,)f x x y f x y x +- 或(,)(,) f x y f x x y x -- 代 替 f x ??，所谓差分公式，即是基于上述观点推得的。 设图1所示场域中的位函数为A ，任取一网格节点0，它在xy 平面上的坐标为（x ,i i y ），记节点0的矢量磁位为,i j A ，并把与节点0相邻的其他四个节点1、2、3、4的矢量磁位分别记为1,i j A +、,1i j A +、1,i j A -、,1i j A -，将节点0处函数A 的 一阶偏微商A x ??，用1、0两点函数值的差商1,,i j i j A A h +-近似代替，则有
哈工大单片机实验报告(上传)
H a r b i n I n s t i t u t e o f T e c h n o l o g y 单片机原理与应用 实验报告 学生姓名： 学号： 班级： 专业： 任课教师： 所在单位： 2013年5月
软件实验 在软件实验部分，通过实验程序的调试，使学生熟悉MCS-51的指令系统，了解程序设计过程，掌握汇编语言设计方法以及如何使用实验系统提供的调试手段来排除程序错误。 实验一清零程序 一、实验目的 掌握汇编语言设计和调试方法，熟悉键盘操作。 二、实验内容 把2000~20FFh的内容清零。 三、程序框图 四、实验过程 实验中利用MOVX语句，将外部存储器指定内容清零。利用数据指针DPTR完成数据传送工作。程序采用用循环结构完成，R0移动单元的个数，可用CJNE比较语句判断循环是否结束。 五、实验结果及分析 清零前清零后
【问题回答】清零前2000H~20FFH中为内存里的随机数，清零后全变为0。 六、实验源程序 AJMP MAIN ORG 0640H MAIN: MOV R0, #00H MOV DPL, #00H MOV DPH, #20H LOOP: MOV A, #00H MOVX @DPTR, A INC DPTR INC R0 CJNE R0, #0FFH, LOOP MOVX @DPTR, A END 实验二拆字程序 一、实验目的 掌握汇编语言设计和调试方法。 二、实验内容 把2000h的内容拆开，高位送2001h低位，低位送2002h低位，2001h、2002h高位清零，一般本程序用于把数据送显示缓冲区时用。 三、程序框图 四、实验过程 将寄存器中内容送入2000H，分别将高低四位移到低位，将高四位置零然后移入2001H 和2002H中。利用MOVX语句、DPTR指针可实现数据的传送，利用高低四位交换语句SWAP和与语句ANL可进行对高低位的清零。
大学物理演示实验报告：基于电磁学验证流体力学伯努利方程实验
物理演示实验报告物理演示实验自主设计方案
本物理演示实验根据流体流速与压强的关系以及电磁铁的相关性质验证流体力学中伯努利原理 )(2 112111为常数C C gh v p =++ρρ(1)当外界环境被选定后，常数C 可以表示为 gh v p C 2222221ρρ++=(2)将(1)式与(2)式联立，可以得到 gh v p gh v p 22222121112 121ρρρρ++=++(3)这就是我们所说的伯努利方程，下面我们来验证这一原理。 在中学阶段，我们已经知道流体流速越大的地方压强越小这一流体学基本关系。为了验证流速与压强的具体关系，我们不妨选择空气流作为实验流体，大气压强作为外界标准压强，由基本数据可知标准大气的密度ρ=1.29kg/m 3 (温度为0℃，标准大气压p 0=101kpa)，我们只需要测量出流体的某一流速v 以及在该流 速下的压强p 1。进而将p 1,v 代入伯努利方程左右两端，验证等式是否成立。 此时，由于选定的外界是标准大气，故验证的等式为 02121p v p =+ρ(4)下面我们需要清楚流速与该流速下的流体压强的测量原理。 首先我们先测量流速。由于流体是以风的形式存在的，因此我们使用鼓风机作为风的发生装置。我们采取简易风车来测量风速。选择该风车的前提是在无风环境下风车能够静止即处于平衡状态，并且在受到风力时可以较为灵敏地进行转动，即摩擦阻力越小越好。设风车的转动半径为R，风车转动角速度为ω，则根据线速度与角速度的关系有 ωR v =(5) 其中ω可以通过风车的转速n 来测量，即 n πω2=(6) 联立(5)(6)两式，这样我们可以较为准确地得出流速v 的大小为 Rn v π2=(7) 接下来，我们来测量该流速下的压强。该压强的测量需要运用电磁铁以及压一、演示物理原理简介（可以配图说明）
工程电磁场实验报告
实验一 实验目的和要求：学习矢量的定义方法(例A=[1,2,3])，加减运算，以及点积dot(A,B)、叉积cros s (A,B)、求模运算n orm(A)。 实验内容： 1、通过调用函数，完成下面计算【p31，习题1.1】。 给定三个矢量A 、B 和C 如下： 23452x y z y z x z A e e e B e e C e e =+-=-+=- 求（1）A e ；（2）||A B -； （3）A B ?； （4）AB θ （5）A 在B 上的投影 （6）A C ?； （7）()A B C ??和()C A B ??； （8）()A B C ??和()A B C ?? 程序如下： A=[1,2,-3]; B=[0,-4,1]; C=[5,0,-2]; ea=A/norm(A) T2=norm(A-B) T3=dot(A,B) theta=acos(dot(A,B)/(norm(A)*norm(B))) theta*180/pi T5=norm(A)*cos(theta) T6=cross(A,C)
T71=dot(A, cross(B,C)) T72=dot(cross(A,B), C) T81=cross(cross(A,B),C) T82=cross(A,cross(B,C)) 运行如图： 结果如下：
2、三角形的三个顶点位于A(6,-1,2), B(-2,3,-4), C(-3, 1,5)点，求（1）该三角形的面积；（2）与该三角形所在平面垂直的单位矢量。 程序如下： A=[6,-1,2]; B=[-2,3,-4]; C=[-3, 1,5]; n=cross(B-A, C-A); S=1/2*norm(n)
电磁场理论知识点总结
电磁场与电磁波总结 第1章 场论初步 一、矢量代数 A ? B =AB cos θ A B ?=AB e AB sin θ A ?( B ? C ) = B ?(C ?A ) = C ?(A ?B ) A ? (B ?C ) = B (A ?C ) – C ?(A ?B ) 二、三种正交坐标系 1. 直角坐标系 矢量线元 x y z =++l e e e d x y z 矢量面元 =++S e e e x y z d dxdy dzdx dxdy 体积元 d V = dx dy dz 单位矢量的关系 ?=e e e x y z ?=e e e y z x ?=e e e z x y 2. 圆柱形坐标系 矢量线元 =++l e e e z d d d d z ρ?ρρ?l 矢量面元 =+e e z dS d dz d d ρρ?ρρ? 体积元 dV = ρ d ρ d ? d z 单位矢量的关系 ?=??=e e e e e =e e e e z z z ρ??ρρ? 3. 球坐标系 矢量线元 d l = e r d r + e θ r d θ + e ? r sin θ d ? 矢量面元 d S = e r r 2sin θ d θ d ? 体积元 dv = r 2sin θ d r d θ d ? 单位矢量的关系 ?=??=e e e e e =e e e e r r r θ? θ??θ cos sin 0sin cos 0 001x r y z z A A A A A A ????????????=-?? ????????????????????? 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?? sin 0cos cos 0sin 0 10r r z A A A A A A ???? ?????? ??=-???????????????? ??θ??θθθθ 三、矢量场的散度和旋度
电磁场与电磁波点电荷模拟实验报告
重庆大学 电磁场与电磁波课程实践报告 题目：点电荷电场模拟实验 日期：2013 年12 月7 日 N=28
《电磁场与电磁波》课程实践 点电荷电场模拟实验 1.实验背景 电磁场与电磁波课程内容理论性强，概念抽象，较难理解。在电磁场教学中，各种点电荷的电场线成平面分布，等势面通常用等势线来表示。MATLAB 是一种广泛应用于工程、科研等计算和数值分析领域的高级计算机语言，以矩阵作为数据操作的基本单位，提供十分丰富的数值计算函数、符号计算功能和强大的绘图能力。为了更好地理解电场强度的概念，更直观更形象地理解电力线和等势线的物理意义，本实验将应用MATLAB 对点电荷的电场线和等势线进行模拟实验。 2.实验目的 应用MATLAB 模拟点电荷的电场线和等势线 3.实验原理 根据电磁场理论，若电荷在空间激发的电势分布为V ，则电场强度等于电势梯度的负值，即： E V =-? 真空中若以无穷远为电势零点，则在两个点电荷的电场中，空间的电势分布为： 1 212010244q q V V V R R πεπε=+=+ 本实验中，为便于数值计算，电势可取为
1212 q q V R R =+ 4.实验内容 应用MATLAB 计算并绘出以下电场线和等势线，其中q 1位于(-1,0,0)，q 2位于(1,0,0)，n 为个人在班级里的序号： (1) 电偶极子的电场线和等势线（等量异号点电荷对q 2:q 1 = 1，q 2为负电荷）； (2) 两个不等量异号电荷的电场线和等势线（q 2:q 1 = 1 + n /2，q 2为负电荷）； (3) 两个等量同号电荷的电场线和等势线； (4) 两个不等量同号电荷的电场线和等势线（q 2:q 1 = 1 + n /2）； (5) 三个电荷，q 1、q 2为(1)中的电偶极子，q 3为位于(0,0,0)的单位正电荷。、 n=28 （1） 电偶极子的电场线和等势线（等量异号点电荷对q 2:q 1 = 1，q 2为负电荷）； 程序1： clear all q=1; xm=2.5; ym=2; x=linspace(-xm,xm); y=linspace(-ym,ym); [X,Y]=meshgrid(x,y); R1=sqrt((X+1).^2+Y.^2); R2=sqrt((X-1).^2+Y.^2); U=1./R1-q./R2; u=-4:0.5:4; figure contour(X,Y,U,u,'--'); hold on plot(-1,0,'o','MarkerSize',12); plot(1,0,'o','MarkerSize',12); [Ex,Ey]=gradient(-U,x(2)-x(1),y(2)-y(1));
电磁场实验报告
实验一：静电场的分析与求解 1.求二维标量场u（r）=y^2-x的梯度 [x,y]=meshgrid(-2:.2:2,-2:.2:2); z=y.^2-x; [px,py]=gradient(z,.2,.2); contour(z) hold on quiver(px,py) hold off title('等值线与梯度'); 2.2个等量同号点电荷组成的点电荷系的电势分布图clear v='1./((x-3).^2+y.^2).^0.5+1./((x+3).^2+y.^2).^0.5'; xmax=10; ymax=10; ngrid=30; xplot=linspace(-xmax,xmax,ngrid); [x,y]=meshgrid(xplot); vplot=eval(v); [explot,eyplot]=gradient(-vplot); clf; subplot(1,2,1),meshc(vplot); xlabel('x'); ylabel('y'); zlabel('电位');
subplot(1,2,2),axis([-xmax xmax -ymax ymax]); cs=contour(x,y,vplot); clabel(cs); hold on quiver(x,y,explot,eyplot) xlabel('x'); ylabel('y'); hold off 3.电偶极子的场（等位线和梯度） clear; clf; q=2e-6; k=9e9; a=1.5; b=-1.5; x=-6:0.6:6; y=x; [X,Y]=meshgrid(x,y); rp=sqrt((X-a).^2+(Y-b).^2); rm=sqrt((X+a).^2+(Y+b).^2); V=q*k*(1./rp-1./rm); [Ex,Ey]=gradient(-V); AE=sqrt(Ex.^2+Ey.^2); Ex=Ex./AE; Ey=Ey./AE; cv=linspace(min(min(V)),max(max(V)),49);
哈工大计算机网络实验报告之五
计算机网络课程实验报告 实验5：利用Ethereal分析TCP、UDP、ICMP协议 继续学习Ethereal的使用； 利用Ethereal分析TCP、UDP和ICMP协议。 TCP协议采用了哪些机制保证可靠数据传输。（3分） 数据重传和数据确认应答机制 Traceroute的工作过程，用自己的话来描述，200字以内，超过酌情扣分。 （4分） 构造数据包，来检查到达一个主机时经过了哪些路由。主机发送给目的地址的数据包的TTL是从1逐个递增的，而数据包每到达一个路由器，它的TTL值就会减1，当TTL减到0时，该数据包被取消，传回一个数据包给主机，我们就能捕获这个路由器的IP地址了。如果收到"超时错"，表示刚刚到达的是路由器，而如果收到的是"端口不可达" 错误，表示刚刚到达的就是目的主机，路由跟踪完成，程序结束。 阐述一下为什么应用程序开发者会选择将应用程序运行在UDP而不是TCP 之上？（3分） UDP没有拥塞控制机制，发送方可以以任何速率向下层注入数据。很多实时应用是
可以容忍一定的数据丢失的，同时又对速率有很高要求（比如在线视频播放），这时开发者会倾向选择UDP协议，避免使用TCP协议的拥塞控制机制产生的分组开销。 实验过程： 使用Ethereal分析TCP协议: (15分)得分：抓取本机与https://www.docsj.com/doc/7a11293609.html,/ethereal-labs/alice.txt通信过程中的网络数据包。根据操作思考以下问题： 客户服务器之间用于初始化TCP连接的TCP SYN报文段的序号（sequence number）是多少？在该报文段中，是用什么来标示该报文段是SYN报文段的？ Seq=0 Flags中的syn位为1，ack位为0，说明是syn报文段 服务器向客户端发送的SYNACK报文段序号是多少？该报文段中，Acknowledgement字段的值是多少？https://www.docsj.com/doc/7a11293609.html,服务器是如何决定此值 的？在该报文段中，是用什么来标示该报文段是SYNACK报文段的？ Seq=0 Ack=1,服务器根据客户端发送的SYN报文的Seq值加一后得到此值 Flags中的Ack和Syn位都为1，所以是SYNACK报文
工程电磁场实验报告
工程电磁场实验报告 姓名： 学号： 联系式： 指导老师：
实验一螺线管电磁阀静磁场分析 一、实验目的 以螺线管电磁阀静磁场分析为例，练习在 MAXWELL 2D 环境下建立磁场模型，并求解分析磁场分布以及磁场力等数据。 二、主要步骤 a) 建立项目：其中包括生成项目录，生成螺线管项目，打开新项目 与运行MAXWELL 2D。 b) 生成螺线管模型：使用MAXWELL 2D 求解电磁场问题首先应该选择求解 器类型，静磁场的求解选择Magnetostatic，然后在打开的新项目中定义画图平面，建立要求尺寸的螺线管几模型，螺线管的组成包括 Core 、Bonnet 、Coil 、Plugnut、Yoke。 c) 指定材料属性：访问材料管理器，指定各个螺线管元件的材料，其中部分 元件的材料需要自己生成，根据给定的BH 曲线进行定义。 图1 元件材料 图2 B-H曲线 d) 建立边界条件和激励源：给背景指定为气球边界条件，给线圈Coil 施加电 流源。 e) 设定求解参数：本实验中除了计算磁场，还需要确定作用在螺线管铁心上 的作用力，在求解参数中要注意进行设定。
f) 设定求解选项：建立几模型并设定其材料后，进一步设定求解项，在对话 框Setup Solution Options 进入求解选项设定对话框，进行设置。 三、实验要求 建立螺线管电磁阀模型后，对其静磁场进行求解分析，观察收敛情况，画各种收敛数据关系曲线，观察统计信息；分析 Core 受的磁场力，画磁通量等势线，分析P lugnut 的材料磁饱和度,画出其B H 曲线。通过工程实例的运行，掌握软件的基本使用法。 四、实验结果 1.螺线管模型 图3 2.自适应求解 图4 收敛数据
电磁场及电磁波实验报告
电磁场与电磁波 实验报告 实验名称：有限差分法解电场边值问题 实验日期：2012年12月8日 姓名：赵文强 学号：100240333 XX工业大学（威海）
问题陈述 如下图无限长的矩形金属导体槽上有一盖板，盖板与金属槽绝缘，盖板电位为U0，金属槽接地，横截面如图所示，试计算此导体槽内的电位分布。 参数说明：a=b=10m, U=100v 实验要求 1)使用分离变量法求解解析解； 2)使用简单迭代发求解，设-10 =100.1,1 x y ε?=?= ，两种情况分别求解数值解； 3)使用超松弛迭代法求解，设-10 =100.1 x y ε?=?= ，确定?（松弛因子）。 求解过程 一、分离变量法求解 因为矩形导体槽在z方向为无限长，所以槽内电位函数满足直 角坐标系中的二维拉普拉斯方程。 22 22 (0,)0,(,)0(0) (,0)0,(,)(0) x y y a y y b x x b U x a ?? ?? ?? ?? += ?? ==≤≤ ==≤≤
根据边界条件可以确定解的形式： 1ππ(,)sin()sinh()n n n x n y x y A a a ?∞ ='=∑ 利用边界条件0(,)x b U ?=求解系数。 01 ππsin( )sinh()n n n x n b A U a a ∞ ='=∑ 01 πsin( )n n n x U f a ∞ ==∑ 0 0041,3,5,2πsin()d π 2,4,6,a n U n n x f U x n a a n ?=? ==??=? ? 011 πππsin()sinh()sin()n n n n n x n b n x A U f a a a ∞ ∞ =='==∑∑ 041,3,5,πsinh(π/) 'πsinh()02,4,6,n n U n f n n b a A n b n a ? =? ==??= ? 01,3,5, 4ππ(,)sin()sinh()πsinh(π/)n U n x n y x y n n b a a a ?∞ == ∑ 简单迭代法求解 二、 有限差分法 有限差分法（Finite Differential Method ）是基于差分原理的一种数值计算法。其基本思想：将场域离散为许多小网格，应用差分原理，将求解连续函数?的泊松方程的问题转换为求解网格节点上?的差分方程组的问题。 泊松方程的五点差分格式 )(4 1 4243210204321Fh Fh -+++=?=-+++?????????? 当场域中,0=ρ得到拉普拉斯方程的五点差分格式
高中物理电磁学和光学知识点公式总结大全
高中物理电磁学知识点公式总结大全 来源:网络作者:佚名点击:1524次 高中物理电磁学知识点公式总结大全 一、静电学 1.库仑定律，描述空间中两点电荷之间的电力 ，， 由库仑定律经过演算可推出电场的高斯定律。 2.点电荷或均匀带电球体在空间中形成之电场 ， 导体表面电场方向与表面垂直。电力线的切线方向为电场方向，电力线越密集电场强度越大。 平行板间的电场 3.点电荷或均匀带电球体间之电位能。本式以以无限远为零位面。 4.点电荷或均匀带电球体在空间中形成之电位。 导体内部为等电位。接地之导体电位恒为零。 电位为零之处，电场未必等于零。电场为零之处，电位未必等于零。 均匀电场内，相距d之两点电位差。故平行板间的电位差。 5.电容，为储存电荷的组件，C越大，则固定电位差下可储存的电荷量就越大。电容本身为电中性，两极上各储存了+q与-q的电荷。电容同时储存电能，。 a.球状导体的电容，本电容之另一极在无限远，带有电荷-q。 b.平行板电容。故欲加大电容之值，必须增大极板面积A，减少板间距离d，或改变板间的介电质使k变小。 二、感应电动势与电磁波 1.法拉地定律：感应电动势。注意此处并非计算封闭曲面上之磁通量。 感应电动势造成的感应电流之方向，会使得线圈受到的磁力与外力方向相反。 2.长度的导线以速度v前进切割磁力线时，导线两端两端的感应电动势。若v、B、互相垂直，则 3.法拉地定律提供将机械能转换成电能的方法，也就是发电机的基本原理。以频率f 转动的发电机输出的电动势，最大感应电动势。 变压器，用来改变交流电之电压，通以直流电时输出端无电位差。 ，又理想变压器不会消耗能量，由能量守恒，故 4.十九世纪中马克士威整理电磁学，得到四大公式，分别为 a.电场的高斯定律 b.法拉地定律 c.磁场的高斯定律 d.安培定律 马克士威由法拉地定律中变动磁场会产生电场的概念，修正了安培定律，使得变动的电场会产生磁场。e.马克士威修正后的安培定律为 a.、 b.、 c.和修正后的e.称为马克士威方程式，为电磁学的基本方程式。由马克士威方程式，预测了电磁波的存在，且其传播速度。 。十九世纪末，由赫兹发现了电磁波的存在。 劳仑兹力。 右手定则：右手平展，使大拇指与其余四指垂直，并且都跟手掌在一个平面内。把右手放入磁场中，若磁力线垂直进入手心（当磁感线为直线时，相当于手心面向N极），大拇指指向导线运动方向，则四指所指方向
电磁场实验报告
电磁场实验报告 姓名：KZY 班级：自动化1405 学号：090114050X 时间：2016年10月23日
实验名称单缝衍射实验、自由空间中电磁波参量的测量 一、实验目的 1、了解电磁波的空间传播特性 2、通过对电磁波波长、波幅和波节的测量进一步了解和认识电磁 波。 3、利用电磁波的干涉原理，研究均匀无耗媒质εr的测量方法。 4、熟悉均匀无耗媒质分界面对电磁波的反射和透射特性。 二、实验仪器设备 1、单缝衍射仪器配置 2、单缝衍射板 3、半透射板 4、全反射板 三、实验原理 1、单缝衍射原理 查阅参考书籍可知，当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。在缝后面出现的衍射波强度并不是均匀的，中央最强，同时也最宽。在中央的两侧衍射波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时衍射角为Фmin=sin-1λ/α。其中λ是波长，α是狭缝宽度。两者取同一长度单位，然后，随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角
度为：Фmin=sin-1（3/2·λ/α）。 2、迈克尔逊干涉原理 由于两列波存在一定关系的波程差，两列波将发生干涉。而两列波发生干涉，存在合成振幅会出现最大与最小的情况。实验中，为了提高测量波长的精确度，测量多个极小值的位置，设S0为第一个极小值的位置吗，S n为第（n+1）个极小值的位置，L=|S n-S0|，则波长λ=2L/n。 三、实验内容与实验步骤 （1）单缝衍射实验 1、打开DH1121B的电源； 2、将单缝衍射版的缝宽α调整为70mm左右，将其安放在刻度盘上，衍射版的边线与刻度盘上两个90°对齐。
哈工大天线实验报告
Harbin Institute of Technology 天线原理实验报告 课程名称：天线原理 班级： 姓名： 学号： 同组人： 指导教师： 实验时间： 实验成绩： 注：本报告仅供参考 哈尔滨工业大学
一、实验目的 1. 掌握喇叭天线的原理。 2. 掌握天线方向图等电参数的意义。 3. 掌握天线测试方法。 二、实验原理 1. 天线电参数 (1).发射天线电参数 a.方向图：天线的辐射电磁场在固定距离上随空间角坐标分布的图形。 b.方向性系数：在相同辐射功率，相同距离情况下，天线在该方向上的辐射功率密度Smax与无方向性天线在该方向上的辐射功率密度S0之比值。 c.有效长度：在保持该天线最大辐射场强不变的条件下，假设天线上的电流均匀分布时的等效长度。 d.天线效率：表征天线将高频电流或导波能量转换为无线电波能量的有效程度。 e.天线增益：在相同输入功率、相同距离条件下，天线在最大辐射方向上的功率密度Smax与无方向性天线在该方向上的功率密度S0之比值。 f.输入阻抗：天线输入端呈现的阻抗值。 g.极化：天线的极化是指该天线在给定空间方向上远区无线电波的极化。 h.频带宽度：天线电参数保持在规定的技术要求范围内的工作频率范围。 (2).接收天线电参数:除了上述参数以外，接收天线还有一些特有的电参数：等效面积和等效噪声温度。 a.等效面积：天线的极化与来波极化匹配，且负载与天线阻抗共轭匹配的最佳状态下，天线在该方向上所接收的功率与入射电波功率密度之比。 b.等效噪声温度：描述天线向接收机输送噪声功率的参数。 2. 喇叭天线 由逐渐张开的波导构成，是一种应用广泛的微波天线。按口径形状可分为矩形喇叭天线与圆形喇叭天线等。波导终端开口原则上可构成波导辐射器，由于口径尺寸小，产生的波束过宽；另外，波导终端尺寸的突变除产生高次模外，反射较大，与波导匹配不良。为改善这种情况，可使波导尺寸加大，以便减少反射，又可在较大口径上使波束变窄。 (1).H面扇形喇叭：若保持矩形波导窄边尺寸不变，逐渐张开宽边可得H面扇
北邮电磁场与微波测量实验报告实验五极化实验
北邮电磁场与微波测量实验报告 实验五极化实验 学院：电子工程学院 班号：2011211204 组员： 执笔人： 学号：2011210986
一、实验目的 1．培养综合性设计电磁波实验方案的能力 2．验证电磁波的马吕斯定理 二、实验设备 S426型分光仪 三、实验原理 平面电磁波是横波，它的电场强度矢量E 和波长的传播方向垂直。如果E 在垂直于传播方向的平面沿着一条固定的直线变化，这样的横电磁波叫线极化波。在光学中也叫偏振波。偏振波电磁场沿某一方向的能量有一定关系。这就是光学中的马吕斯定律： 2 0cos I I θ = 式中I 为偏振波的强度，θ为I 与I0间的夹角。 DH926B 型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90度围，每隔5度有一刻度，所以接收喇叭的转角可以从此处读到。 四、实验步骤 1．设计利用S426型分光仪验证电磁波马吕斯定律的方案； 根据实验原理，可得设计方案：将S426型分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在该轴承环的90度围，每隔5度有一刻度，接收喇叭课程从此处读取θ（以10度为步长），继而进行验证。 2．根据设计的方案，布置仪器，验证电磁波的马吕斯定律。 实验仪器布置 通过调节，使A1取一较大值，方便实验进行。 然后，再利用前面推导出的θ，将仪器按下图布置。
五、实验数据 I（uA） θ° 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 理论值90 87. 3 79. 5 67. 5 52. 8 37. 2 22. 5 10. 5 2.7 0 实验值90 88 82 69 54 37 20 8 2 0.2 相对误差% 0 0.8 0.6 2.2 2.3 0.5 11. 1 14. 3 25. 9 - 1、数据分析： 由数据可看出，实验值跟理论值是接近的，相对误差基本都很小，在误差允许围，所以可以认为马吕斯定律得到了验证。 2、误差分析： 实验中可能存在仪器仪表误差，人为误差以及各组互相影响造成的误差等。但是角度比较大的时候，相对误差都比较小，也比较精准。角度比较小的时候，由于理论值较小，相对误差会大一点，但是从整体趋势来看，结果也是合理的。所以不影响我们对马吕斯定律进行验证。 六、思考题 1、垂直极化波是否能够发生折射？为什么？给出推导过程。 答：不能。 A1
高中物理电磁场知识点
高中物理电磁场和电磁波知识点总结 1.麦克斯韦的电磁场理论 (1)变化的磁场能够在周围空间产生电场，变化的电场能够在周围空间产生磁场. (2)随时间均匀变化的磁场产生稳定电场.随时间不均匀变化的磁场产生变化的电场.随时间均匀变化的电场产生稳定磁场，随时间不均匀变化的电场产生变化的磁场. (3)变化的电场和变化的磁场总是相互关系着，形成一个不可分割的统一体，这就是电磁场. 2.电磁波 (1)周期性变化的电场和磁场总是互相转化，互相激励，交替产生，由发生区域向周围空间传播，形成电磁波. (2)电磁波是横波(3)电磁波可以在真空中传播，电磁波从一种介质进入另一介质，频率不变、波速和波长均发生变化，电磁波传播速度v等于波长λ和频率f的乘积，即v=λf，任何频率的电磁波在真空中的传播速度都等于真空中的光速c=3.00×10 8 m/s. 下面为大家介绍的是20XX年高考物理知识点总结电磁感应，希望对大家会有所帮助。 1. 电磁感应现象:利用磁场产生电流的现象叫做电磁感应，产生的电流叫做感应电流. (1)产生感应电流的条件:穿过闭合电路的磁通量发生变化，即ΔΦ≠0.(2)产生感应电动势的条件:无论回路是否闭合，只要穿过线圈平面的磁通量发生变化，线路中就有感应电动势.产生感应电动势的那部分导体相当于电源. (2)电磁感应现象的实质是产生感应电动势，如果回路闭合，则有感应电流，回路不闭合，则只有感应电动势而无感应电流. 2.磁通量(1)定义:磁感应强度B与垂直磁场方向的面积S的乘积叫做穿过这个面的磁通量，定义 式:Φ=BS.如果面积S与B不垂直，应以B乘以在垂直于磁场方向上的投影面积S′，即Φ=BS′，国际单位:Wb 求磁通量时应该是穿过某一面积的磁感线的净条数.任何一个面都有正、反两个面;磁感线从面的正方向穿入时，穿过该面的磁通量为正.反之，磁通量为负.所求磁通量为正、反两面穿入的磁感线的代数和. 3. 楞次定律 (1)楞次定律:感应电流的磁场，总是阻碍引起感应电流的磁通量的变化.楞次定律适用于一般情况的感应电流方向的判定，而右手定则只适用于导线切割磁感线运动的情况，此种情况用右手定则判定比用楞次定律判定简便. (2)对楞次定律的理解 ①谁阻碍谁———感应电流的磁通量阻碍产生感应电流的磁通量. ②阻碍什么———阻碍的是穿过回路的磁通量的变化，而不是磁通量本身.③如何阻碍———原磁通量增加时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相反;当原磁通量减少时，感应电流的磁场方向与原磁场方向相同，即“增反减同”.④阻碍的结果———阻碍并不是阻止，结果是增加的还增加，减少的还减少. (3)楞次定律的另一种表述:感应电流总是阻碍产生它的那个原因，表现形式有三种: ①阻碍原磁通量的变化;②阻碍物体间的相对运动;③阻碍原电流的变化(自感). 4.法拉第电磁感应定律 电路中感应电动势的大小，跟穿过这一电路的磁通量的变化率成正比.表达式 E=nΔΦ/Δt 当导体做切割磁感线运动时，其感应电动势的计算公式为E=BLvsinθ.当B、L、v三者两两垂直时，感应电动势E=BLv.(1)两个公式的选用方法E=nΔΦ/Δt 计算的是在Δt时间内的平均电动势，只有当磁通量的变化率是恒定不变时，它算出的才是瞬时电动势.E=BLvsinθ中的v若为瞬时速度，则算出的就是瞬时电动势:若v为平均速度，算出的就是平均电动势.(2)公式的变形 ①当线圈垂直磁场方向放置，线圈的面积S保持不变，只是磁场的磁感强度均匀变化时，感应电动势:E=nSΔB/Δt . ②如果磁感强度不变，而线圈面积均匀变化时，感应电动势E=Nbδs/Δt . 5.自感现象
电磁场实验指导书及实验报告
CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 题目利用Matlab模拟点电荷电场的分布姓名xxxx 学号xxxxxxxxxx 班级电气xxxx班 任课老师xxxx 实验日期2010-10
电磁场理论 实验一 ——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 k F ? 212 = (式1) 由电场强度E 的定义可知： R R kQ E ? 2 = (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. 单个点电荷 点电荷的平面电力线和等势线 真空中点电荷的场强大小是E=kq /r^2 ,其中k 为静电力恒量, q 为电量, r 为点电荷到场点P(x,y)的距离。电场呈球对称分布, 取电量q> 0, 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U=kq /r,当U 取
常数时, 此式就是等势面方程.等势面是以电荷为中心以r 为半径的球面。 平面电力线的画法 在平面上, 电力线是等角分布的射线簇, 用MATLAB 画射线簇很简单。取射线的半径为( 都取国际制单位) r0=, 不同的角度用向量表示( 单位为弧度) th=linspace(0,2*pi,13)。射线簇的终点的直角坐标为: [x,y]=pol2cart(th,r0)。插入x 的起始坐标x=[x; *x].同样插入y 的起始坐标, y=[y; *y], x 和y 都是二维数组, 每一列是一条射线的起始和终止坐标。用二维画线命令plot(x,y)就画出所有电力线。 平面等势线的画法 在过电荷的截面上, 等势线就是以电荷为中心的圆簇, 用MATLAB 画等势 线更加简单。静电力常量为k=9e9, 电量可取为q=1e- 9; 最大的等势线的半径应该比射线的半径小一点 r0=。其电势为u0=k8q /r0。如果从外到里取7 条等势线, 最里面的等势线的电势是最外面的3 倍, 那么各条线的电势用向量表示为: u=linspace(1,3,7)*u0。从- r0 到r0 取偶数个点, 例如100 个点, 使最中心点的坐标绕过0, 各点的坐标可用向量表示: x=linspace(- r0,r0,100), 在直角坐标系中可形成网格坐标: [X,Y]=meshgrid(x)。各点到原点的距离为: r=sqrt(X.^2+Y.^2), 在乘方时, 乘方号前面要加点, 表示对变量中的元素进行乘方计算。各点的电势为U=k8q. /r, 在进行除法运算时, 除号前面也要加点, 同样表示对变量中的元素进行除法运算。用等高线命令即可画出等势线 contour(X,Y,U,u), 在画等势线后一般会把电力线擦除, 在画等势线之前插入如下命令hold on 就行了。平面电力线和等势线如图1, 其中插入了标题等等。越靠近点电荷的中心, 电势越高, 电场强度越大, 电力线和等势线也越密。
大学物理电磁学知识点汇总
稳恒电流 1.电流形成的条件、电流定义、单位、电流密度矢量、电流场（注意我们 又涉及到了场的概念） 2.电流连续性方程（注意和电荷守恒联系起来）、电流稳恒条件。 3.欧姆定律的两种表述（积分型、微分型）、电导、电阻定律、电阻、电 导率、电阻率、电阻温度系数、理解超导现象 4.电阻的计算（这是重点）。 5.金属导电的经典微观解释（了解）。 6.焦耳定律两种形式（积分、微分）。（这里要明白一点：微分型方程是 精确的，是强解。而积分方程是近似的，是弱解。） 7.电动势、电源的作用、电源做功。、 8.含源电路欧姆定律。 9.基尔霍夫定律（节点电流定律、环路电压定律。明白两者的物理基础。）习题：13.19；13.20 真空中的稳恒磁场 电磁学里面极为重要的一章 1. 几个概念：磁性、磁极、磁单极子、磁力、分子电流 2. 磁感应强度（定义、大小、方向、单位）、洛仑磁力（磁场对电荷的作用） 3. 毕奥-萨伐尔定律（稳恒电流元的磁场分布——实验定律）、磁场叠加原理（这是磁场的两大基本定律——对比电场的两大基本定律） 4. 毕奥-萨伐尔定律的应用（重点）。 5. 磁矩、螺线管磁场、运动电荷的磁场（和毕奥-萨伐尔定律等价——更基本） 6. 稳恒磁场的基本定理（高斯定理、安培环路定理——与电场对比） 7. 安培环路定理的应用（重要——求磁场强度） 8. 磁场对电流的作用（安培力、安培定律积分、微分形式）
9. 安培定律的应用（例14.2；平直导线相互作用、磁场对载流线圈的作用、磁力矩做功） 10. 电场对带电粒子的作用（电场力）；磁场对带电粒子的作用（洛仑磁力）；重力场对带电粒子的作用（引力）。 11. 三场作用叠加（霍尔效应、质谱仪、例14.4） 习题：14.20，14.22，14.27，14.32，14.46，14.47 磁介质（与电解质对比） 1.几个重要概念：磁化、附加磁场、相对磁导率、顺磁质、抗磁质、铁磁 质、弱磁质、强磁质。（请自己阅读并绘制磁场和电场相关概念和公式 的对照表） 2.磁性的起源（分子电流）、轨道磁矩、自旋磁矩、分子矩、顺磁质、抗 磁质的形成原理。 3.磁化强度、磁化电流、磁化面电流密度、束缚电流。 4.磁化强度和磁化电流的关系（微分关系、积分关系） 5.有磁介质存在时的磁场基本定理、磁场强度矢量H、有磁介质存在时的 安培环路定律（有电解质存在的安培环路定律）、磁化规律。 6.请比较B、H、M和E、D、P的关系。磁化率、相对磁导率、绝对磁导 率。 7.有磁介质存在的安培环路定理的应用（例15.1、例15.2）、有磁介质存 在的高斯定理。 8.铁磁质（起始磁化曲线、磁滞回线、饱和磁感应强度、起始磁导率、磁 滞效应、磁滞、剩磁、矫顽力、磁滞损耗、磁畴、居里点、软磁材料、 硬磁材料、矩磁材料）（了解） 习题： 15.11