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“电磁场与电磁波”和“微波技术”实验大纲及指导说明书

“电磁场与电磁波”和“微波技术”实验大纲及指导说明书
“电磁场与电磁波”和“微波技术”实验大纲及指导说明书

“电磁场与电磁波”和“微波技术”

课内实验大纲及实验指导书

唐万春,车文荃编制

陈如山审定

南京理工大学通信工程系

2006年12月

目录

1.“电磁场与电磁波”课内实验大纲

2.“电磁场与电磁波”课内实验指导说明书

实验一电磁波参量的测定

实验二电磁波的极化

3.“微波技术”课内实验大纲

4.“微波技术”课内实验指导说明书

实验一传输线的工作状态及驻波比测量

实验二微波网络散射参量测试

5.“电磁场与电磁波”和“微波技术”课内实验评分标准

南京理工大学

实验教学大纲

课程名称:电磁场与电磁波

开课实验室:电磁场与微波技术实验室执笔人:唐万春

审定人:陈如山

修(制)订日期: 2005年4月

*由学校出版、印刷的实验教材(或指导书),统一写作“南京理工大学出版”。

“电磁场与电磁波”

课内实验指导书

唐万春编写

南京理工大学通信工程系

二00六年十二月

实验一电磁波参量的测定实验

1.实验目的

a)观察电磁波的传播特性。

b)通过测定自由空间中电磁波的波长,来确定电磁波传播的相位常数k和传播速度

v。

c)了解用相干波的原理测量波长的方法。

2.实验内容

a)了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点、线路结构、使用方法。

b)测量信号源的工作波长(或频率)。

3.实验原理与说明

a)所使用的实验仪器

分度转台

晶体检波器

可变衰减器

喇叭天线

反射板

固态信号源

微安表

实验仪器布置图如下:

体检波器

图1 实验仪器布置图

参阅图1。固态信号源所产生的信号经可变衰减器至矩形喇叭天线,由喇叭天线辐射出去,在接收端用矩形喇叭天线接收,接收到的信号经晶体检波器后通过微安表指示。

b) 原理

本实验利用相干波原理,通过测得的电磁波的波长,再由关系式

2,k v f k

π

ω

λλ

=

==

得到电磁波的主要参量k ,v 等。

实验示意图如图2所示。图中0r P 、1r P 、2r P 和3r P 分别表示辐射喇叭、固定反射板、可动反射板和接收喇叭,图中介质板是一23030()mm ?的玻璃板,它对电磁波进行反射、折射后,可实现相干波测试。

设入射波为: jk r E Ee +-?=

图2 实验示意图

当入射波以入射角1θ向介质板斜投射时,在分界面上产生反射波E -和折射波E '。设入射波为垂直极化波,用R ⊥表示介质板的反射系数,用0T ⊥、e T ⊥分别表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。另外固定的和可动的金属反射板的反射系数均为-1。在一次近似的条件下,接收喇叭3r P 处的相干波分别为:

110j E R T T E e ?ε--+⊥⊥⊥=-

220j E R T T E e ?ε--+⊥⊥⊥=-

即两者幅度相等,相位差为12()??-,其中

1011()r k L L kL ?=+=

221012()()r r r k L L k L l L kL ?=+=+?+=

从而可得

21L L L l ?=-=?

因101r L L L =+为固定值,而21L L l =+?是可改变的,改变可动反射板P r 2位置而取不同的2

L 值,可使行程相位差为90。当l ?的值使P r 3为最大输出时,必有1E -与2E -

同相叠加。若1E -

与2E -

反相时,则P r 3输出指示为零。因此可以通过改变P r 2的位置即改变

l 值,实现P r 3输

出最大与零的重复出现,从而测出电磁波的波长和相位常数k 。有关表达式可推导如下

1212120()0()

2cos(

)2

j j j E E E R T T E e e R T T E e ??ε??ε?-----

+⊥⊥⊥-++⊥⊥⊥=+=-+?=-

式中 1212()k L L k l ????=-=-=?

为了测准波长值,一般采用P r 3为零指示办法,即

cos

02

?

?= 或 (21),0,1,222

n n ?π

?=+

=

这里0,1,2

n =表示相干波0E -=的节点,而除零以外的n 值,又表示相干波合成驻波的半

波长数,故n =0时,出现0E -=,在P r 2处记为l 0。 又因 2l π

?=

?,

故得 2(21)n l π

πλ

+=?,

或:2(21)l n λ?=+。为确定相干波节点,可把波形图表示于图3上。

图3 波形图

当 2000,22()(),r n l L L l λ=?=-== 得第一个波节点位置 0l

101,22(),n l l l λ=?=-= 得第二个波节点位置 1l

1,22(),N N n N l l l λ-=?=-= 得第N 个波节点位置 N l

可见,当波节点总数为(1)n +时,2r P 上移动的总距离为0()N l l -,它相当于n 个半波长数。即:02()N l l n λ-=,故: 02()

N l l n

λ-=

。根据: 2,k v f k

π

ω

λλ

=

==

就可得到所测电磁波的参量、k 、v 等值。可见测试波长所用公式得出的是平均值。从

理论上讲,n 值越大,测出的值精度应越高。

实际测试时,一般取n =4已足够,这时相应于5个波节点,所测的波长为

402()

4

l l λ-=

它表示5个波节点的距离40()l l -,相应于4个半波长。由于被测场E -处于近区场范围内,不仅影响着驻波节点位置均匀分布,而且使波幅值也有起伏。 4. 实验步骤

a) 了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点、线路结构、使用方法。 b) 测量电磁波的波长。

首先调整好电磁波综合测试仪,使其能正常工作。然后测出电磁波的波长,根据测出的值,得到电磁波的重要参量k ,由k 值可计算出传播速度

2f

v c k

π=

=≈

c) 用波长计(或频率计)测出信号源的工作波长(或频率)。

把测试值填入表1中。如采用3cm 标准信号源,则可改变信号源工作频率0f (即改变0λ)。由以上实验内容,得到相应的电磁波参量,,k v λ,并与000,,k v λ作比较(如使用该仪器本身的固态信号源,它已调定在一个固定频率0f 上工作,故ν及k 不能改变)。

表1 电磁波参量测试数据表

5.实验报告

实验名称

实验目的

实验步骤(包括使用设备,实验框架图,实验原理等)

实验结果(实验数据,相关数据处理)

讨论(对实验结果和实验中碰到的一些问题的解释)

结论(实验的收获,或者某些建议等等)

6.安全说明

在本实验室中所使用的微波源都在国际安全标准以内(10mW/cm2),不会对人体造成任何伤害。但是,在实验期间,请注意以下事项:

a)不要用眼睛往任何连接其他设备的开路传输线里面看;

b)不要把身体的任何部位放在传输线的开口端;

c)在拆/装微波元器件时,请关掉微波信号源。

7.思考题:用相干波测量自由空间波长时,介质板所放位置,为什么必须如图1所示?

若把介质板转90,将发生何种现象?这时,能否测准电磁波波长?为什么?

实验二电磁波的极化

1.实验目的

研究线极化、圆极化和椭圆极化电磁波的产生和各自的特点。

2.实验内容

a)圆极化波的调整与测试

b)线极化波的调整与测试

c)椭圆极化波的调整与测试

3.实验原理

a)所使用的实验仪器

固态信号源

频率计

衰减器

矩形喇叭

圆形喇叭

检波器

微安表

实验系统框图如图1所示。

图1 实验系统框图

电磁波综合测试仪中辐射喇叭(3cm波段)支路由固态信号源、频率计(或波长计)、衰减器及圆形喇叭等组成。固态信号源的工作频率f=9370MHz左右,接收喇叭支路由矩形喇叭、检波器、微安表等组成。

b)原理

电磁波极化是指电磁波在无限大均匀媒质中传播时,空间某点上电场强度矢量E的末端

随时间变化的轨迹。当电场矢量末端总在一直线上周期地变化时,称为线极化波;当电场矢量末端轨迹是圆或椭圆时,即电场矢量末端总在圆或椭圆上周期地变化时,称为圆极化波或椭圆极化波。

无论是线极化波,左、右旋圆极化波,左、右旋椭圆极化波,都可由两个同频率且场矢量相互正交的线极化波组合而成。本实验利用方圆波导转换,介质圆波导和圆锥喇叭连接而成的电磁波极化天线,分别研究波的极化——线极化波、圆极化波和椭圆极化波的特性。

11图2 圆极化波辐射装置

图2所示为圆极化波辐射装置,其中介质圆波导可做3600

旋转,并有刻度指示转动的角度。当TE 10波经方圆波导转换到圆波导口面时则过渡为TE 11波,并在介质圆波导内分成两个分量的波,即垂直界面片平面的一个分量和平行介质面的一个分量。实验装置设计为9370MHz 左右使两个分量的波相位差900

,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。

当方圆波导使TE 10的EY 波过渡到TE 11成为RP 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,因E t 和E n 的速度不同,r c t n c v v v v ε/

=>=,

当介质片的长度L 取得合适时,使E n 波的相位超前E t 波的相位900,这就实现了圆极化波相位条件的要求;为使E t 和E n 的幅度

相等,可使介质片的^

n 方向跟Y 轴之间夹角为0

45±=α,若介质片的损耗略去不计,则有

rm nm tm E E E 2

1

=

=,实现了圆极化波幅度条件的要求(有时需稍偏离450以实现幅度相位的要求)。

为了确定圆极化波右旋、左旋的特性,把∧

n 转到∧

Y 方向符合右手螺旋规则的波,定为右旋圆极化波;把∧

n 转到∧

Y 方向符合左手螺旋规则的波,定为左旋圆极化波。

波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。当作线极化波工作时,介质片∧n 与Y 轴相垂直(或平行)。当作椭圆极化波工作时,介质片∧

n 与Y 夹角可在=0-450

之间。

4. 实验步骤

a) 圆极化波的调整与测试

根据圆极化波的条件,两个同频率的正交场相干波必须幅度相等,相位差2

π±

。 为此将反射板和介质板拿掉,把辐射喇叭换成圆喇叭,转动圆喇叭使介质片的^

n 方向跟Y 轴之间夹角为450

左右,然后固定圆喇叭,再把接收喇叭调整到与圆喇叭成一直线。转动接收喇叭,每隔100测量一次,读取微安表上的读数,并填入下表,最后算出圆极化波的椭圆度max min /I I e =

值。

表1 圆极化波调整与测试数据表

A )

b) 线极化波的调整与测试

转动圆喇叭使介质片的^

n 方向跟Y 轴之间夹角为00

或900

,就可以得到线极化波。固定

圆喇叭,转动接收喇叭,每隔100

测量一次,读取微安表上的读数,并填入下表。

表2线极化波的调整与测试数据表

A )

c) 椭圆极化波的调整与测试

调整与测试椭圆极化波的方法与内容同a 、b 项,要注意的是圆喇叭的转角在0-450

之间,按表3列出记录表格,最后计算出椭圆极化波的椭圆度max min /I I e

值。

表3椭圆极化波的调整与测试数据表

A )

5. 实验报告

实验报告提纲包括以下内容: 实验名称 实验目的

实验步骤(包括使用设备,实验框架图,实验原理等) 实验结果(实验数据,相关数据处理)

讨论 (对实验结果和实验中碰到的一些问题的解释) 结论 (实验的收获,或者某些建议等等)

6. 安全说明

在本实验室中所使用的微波源都在国际安全标准以内(10mW/cm 2

),不会对人体造成任何伤害。但是,在实验期间,请注意以下事项:

a) 不要用眼睛往任何连接其他设备的开路传输线里面看;

b)不要把身体的任何部位放在传输线的开口端;

c)在拆/装微波元器件时,请关掉微波信号源。

7.思考题:一右旋圆极化波从空气正入射到另一种媒质表面,反射波与透射波的旋向如何(左旋还是右旋)?

南京理工大学

实验教学大纲

课程名称:微波技术

开课实验室:电磁场与微波技术实验室执笔人:车文荃,赵志林

审定人:陈如山

修(制)订日期: 2005年4月

*由学校出版、印刷的实验教材(或指导书),统一写作“南京理工大学出版”

“微波技术”

课内实验指导书

哈工大电磁场与电磁波实验报告

电磁场与电磁波实验报告 班级: 学号: 姓名: 同组人:

实验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。 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 M',在反射方向的位置上,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。 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 μ)。 安表显示有足够大的示数(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。 5.实验结论:?的平均值与入射角0?大致相等,入射角等于反射角,验证了波的反射定律的成立。 6.问题讨论: 1.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:主要是为了消除离轴误差,圆盘上有360°的刻度,且外部包围圆盘的基座上相隔180°的两处有两个游标。,不可能使圆盘和基座严格同轴。 在两者略有不同轴的情况下,只读取一个游标的读数,应该引入离轴误差加以考虑——不同轴的时候,读取的角度差不完全等于实际角度差,圆盘半径偏小

浙江大学-电磁场与电磁波实验(第二次).doc

本科实验报告 课程名称:电磁场与微波实验 姓名:wzh 学院:信息与电子工程学院 专业:信息工程 学号:xxxxxxxx 指导教师:王子立 选课时间:星期二9-10节 2017年 6月 17日 Copyright As one member of Information Science and Electronic Engineering Institute of Zhejiang University, I sincerely hope this will enable you to acquire more time to do whatever you like instead of struggling on useless homework. All the content you can use as you like. I wish you will have a meaningful journey on your college life. ——W z h 实验报告 课程名称:电磁场与微波实验指导老师:王子立成绩:__________________ 实验名称: CST仿真、喇叭天线辐射特性测量实验类型:仿真和测量 同组学生姓名: 矩形波导馈电角锥喇叭天线CST仿真 一、实验目的和要求 1. 了解矩形波导馈电角锥喇叭天线理论分析与增益理论值基本原理。 2.熟悉 CST 软件的基本使用方法。 3.利用 CST 软件进行矩形波导馈电角锥喇叭天线设计和仿真。 二、实验内容和原理 1. 喇叭天线概述 喇叭天线是一种应用广泛的微波天线,其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。合理的选择喇叭尺寸,可以取得良好的辐射特性:相当尖锐的主瓣,较小副瓣和较高的增益。因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛,是一种常见的测试用天线。喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的,由于是波导开口面的逐渐扩大,改善了波导与自由空间的匹配,使得波导中的反射系数小,即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去,反

北邮电磁场与微波技术实验实验一

实验一网络分析仪测量振子天线输入阻抗 一,实验目的 1.掌握网络分析仪矫正方法; 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振子电径变化的情况。 二,实验步骤 1.设置仪表为频域模式的回损连接模式后,矫正网络分析仪; 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.更换不同电径(Φ1,Φ3,Φ9)的天线,分析两个谐振点的阻抗变化情况。 三,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。 由于使用坡印廷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(πh)2 。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λ ?1] 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W=60[ln2h a 四,实验数据 试验参数:BF=600,ΔF=25,EF=2600,n=81 1.短路时矫正,阻抗点分布:

2.开路时矫正,阻抗点分布: 3.选择电径为Φ1=1mm的天线,阻抗点分布:

由图及数据表可知其谐振点频率约为1225MHz,第二谐振点频率约为2450MHz,即第二次谐振时频率约为第一次两倍。 4.选择电径为Φ3=3mm的天线,阻抗点分布:

微波技术基础实验指导书讲解

微波技术基础实验报告 所在学院: 专业班级: 学生姓名: 学生学号: 指导教师: 2016年5月13日

实验一微波测量系统的了解与使用 实验性质:验证性实验级别:必做 开课单位:学时:2学时 一、实验目的: 1.了解微波测量线系统的组成,认识各种微波器件。 2.学会测量设备的使用。 二、实验器材: 1.3厘米固态信号源 2.隔离器 3.可变衰减器 4.测量线 5.选频放大器 6.各种微波器件 三、实验内容: 1.了解微波测试系统 2.学习使用测量线 四、基本原理: 图1。1 微波测试系统组成 1.信号源 信号源是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备,微波信号源是对各种相应测量设备或其它电子设备提供微波信号。常用微波信号源可分为:简易信号发生器、功率信号发生器、标准信号发生器和扫频信号发生器。 本实验采用DH1121A型3cm固态信号源。 2.选频放大器

当信号源加有1000Hz左右的方波调幅时,用得最多的检波放大指示方案是“选频放大器”法。它是将检波输出的方波经选频放大器选出1000Hz基波进行高倍数放大,然后再整为直流,用直流电表指示。它具有极高的灵敏度和极低的噪声电平。表头一般具有等刻度及分贝刻度。要求有良好的接地和屏蔽。选频放大器也叫测量放大器。 3.测量线 3厘米波导测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样,探头的移动靠滑架上的传动装置,探头的输出送到显示装置,就可以显示沿波导轴线的电磁场的变化信息。 4.可变衰减器 为了固定传输系统内传输功率的功率电平,传输系统内必须接入衰减器,对微波产生一定的衰减,衰减量固定不变的称为固定衰减器,可在一定范围内调节的称为可变衰减器。衰减器有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种型式。实验中采用的吸收式衰减器,是利用置入其中的吸收片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。一般可调吸收式衰减器的衰减量可在0到30-50分贝之间连续调节,其相应的衰减量可在调节机构的度盘上读出(直读式),或者从所附的校正曲线上查得。 五、实验步骤: 1.了解微波测试系统 1.1观看如图装置的的微波测试系统。 1.2观看常用微波元件的形状、结构,并了解其作用、主要性能及使用方法。常用元件如:铁氧体隔离器、衰减器、直读式频率计、定向耦合器、晶体检波架、全匹配负载、波导同轴转换器等。2.了解测量线结构,掌握各部分功能及使用方法。 2.1按图检查本实验仪器及装置。 2.2将微波衰减器置于衰减量较大的位置(约20至30dB),指示器灵敏度置于较低位置,以防止指示电表偶然过载而损坏。 2.3调节信号源频率,观察指示器的变化。 2.4调节衰减器,观察指示器的变化。 2.5调节滑动架,观察指示器的变化。 六、预习与思考: 总体复习微波系统的知识,熟悉各种微波元器件的构造及原理特点。 实验二驻波系数的测量

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实验一微波测量系统的了解与使用实验性质:验证性实验级别:选做 开课单位:信息与通信工程学院学时:2学时一、实验目的: 1.了解微波测量线系统的组成,认识各种微波器件。 2.学会测量设备的使用。 二、实验器材: 1.3厘米固态信号源 2.隔离器 3.可变衰减器 4.测量线 5.选频放大器 6.各种微波器件 三、实验内容: 1.了解微波测试系统 2. 学习使用测量线 四、基本原理: 图1.1 微波测试系统组成 1.信号源

信号源是为电子测量提供符合一定技术要求的电信号的设备,微波信号源是对各种相应测量设备或其它电子设备提供微波信号。常用微波信号源可分为:简易信号发生器、功率信号发生器、标准信号发生器和扫频信号发生器。 本实验采用DH1121A型3cm固态信号源。 2.选频放大器 当信号源加有1000Hz左右的方波调幅时,用得最多的检波放大指示方案是“选频放大器”法。它是将检波输出的方波经选频放大器选出1000Hz基波进行高倍数放大,然后再整为直流,用直流电表指示。它具有极高的灵敏度和极低的噪声电平。表头一般具有等刻度及分贝刻度。要求有良好的接地和屏蔽。选频放大器也叫测量放大器。3.测量线 3厘米波导测量线由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。开槽波导中的场由不调谐探头取样,探头的移动靠滑架上的传动装置,探头的输出送到显示装置,就可以显示沿波导轴线的电磁场的变化信息。 4.可变衰减器 为了固定传输系统内传输功率的功率电平,传输系统内必须接入衰减器,对微波产生一定的衰减,衰减量固定不变的称为固定衰减器,可在一定范围内调节的称为可变衰减器。衰减器有吸收衰减器、截止衰减器和极化衰减器三种型式。实验中采用的吸收式衰减器,是利用置入其中的吸收片所引起的通过波的损耗而得到衰减的。一般可调吸收式衰减器的衰减量可在0到30-50分贝之间连续调节,其相应的衰减量可在调节机构的度盘上读出(直读式),或者从所附的校正曲线上查得。 五、实验步骤: 1.了解微波测试系统 1.1观看如图装置的的微波测试系统。

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));

微波技术实验报告

微波技术实验指导书目录 实验一微波测量仪器认识及功率测量________________________________ 2实验二测量线的调整与晶体检波器校准_______________________________ 5实验三微波驻波、阻抗特性测量_____________________________________ 8

实验一微波测量仪器认识及功率测量 实验目的 (1)熟悉基本微波测量仪器; (2)了解各种常用微波元器件; (3)学会功率的测量。 实验内容 一、基本微波测量仪器 微波测量技术是通信系统测试的重要分支,也是射频工程中必备的测试技术。它主要包括微波信号特性测量和微波网络参数测量。 微波信号特性参量主要包括:微波信号的频率与波长、电平与功率、波形与频谱等。微波网络参数包括反射参量(如反射系数、驻波比)和传输参量(如[S]参数)。 测量的方法有:点频测量、扫频测量和时域测量三大类。所谓点频测量是信号只能工作在单一频点逐一进行测量;扫频测量是在较宽的频带内测得被测量的频响特性,如加上自动网络分析仪,则可实现微波参数的自动测量与分析;时域测量是利用超高速脉冲发生器、采样示波器、时域自动网络分析仪等在时域进行测量,从而得到瞬态电磁特性。 图1-1 是典型的微波测量系统。它由微波信号源、隔离器或衰减器、定向耦合器、波长/频率计、测量线、终端负载、选频放大器及小功率计等组成。 图 1-1 微波测量系统 二、常用微波元器件简介 微波元器件的种类很多,下面主要介绍实验室里常见的几种元器件: (1)检波器(2)E-T接头(3)H-T接头(4)双T接头(5)波导弯曲(6)波导开关(7)可变短路器(8)匹配负载(9)吸收式衰减器(10)定向耦合器(11)隔离器 三、功率测量 在终端处接上微波小功率计探头,调整衰减器,观察微波功率计指示并作相应记录。

电磁场与电磁波实验实验六布拉格衍射实验

邮电大学 电磁场与微波测量实验报告

实验六布拉格衍射实验 一、实验目的 1、观察微波通过晶体模型的衍射现象。 2、验证电磁波的布拉格方程。 二、实验设备与仪器 DH926B型微波分光仪,喇叭天线,DH1121B型三厘米固态信号源,计算机 三、实验原理 1、晶体结构与密勒指数 固体物质可分成晶体和非晶体两类。任何的真实晶体,都具有自然外形和各向异性的性质,这和晶体的离子、原子或分子在空间按一定的几何规律排列密切相关。 晶体的离子、原子或分子占据着点阵的结构,两相邻结点的距离叫晶体的晶 10m,与X射线的波长数量级相当。因此,格常数。晶体格点距离的数量级是-8 对X射线来说,晶体实际上是起着衍射光栅的作用,因此可以利用X射线在晶体点阵上的衍射现象来研究晶体点阵的间距和相互位置的排列,以达到对晶体结构的了解。 图4.1 立方晶格最简单的晶格是立方体结构。 如图6.1这种晶格只要用一个边长为a的正立方体沿3个直角坐标轴方向重复即可得到整个空间点阵,a就称做点阵常数。通过任一格点,可以画出全同的晶面和某一晶面平行,构成一组晶面,所有的格点都在一族平行的晶面上而无遗漏。这样一族晶面不仅平行,而且等距,各晶面上格点分布情况相同。

为了区分晶体中无限多族的平行晶面的方位,人们采用密勒指数标记法。先找出晶面在x、y、z3个坐标轴上以点阵常量为单位的截距值,再取3截距值的倒数比化为最小整数比(h∶k∶l),这个晶面的密勒指数就是(hkl)。当然与该面平行的平面密勒指数也是(hkl)。利用密勒指数可以很方便地求出一族平行晶面的间距。对于立方晶格,密勒指数为(hkl)的晶面族,其面 间距 hkl d可按下式计算:2 2 2l k h a d hkl + + = 图6.2立方晶格在x—y平面上的投影 如图6.2,实线表示(100)面与x—y平面的交线,虚线与点画线分别表示(110)面和(120)面与x—y平面的交线。由图不难看出 2、微波布拉格衍射 根据用X射线在晶体原子平面族的反射来解释X射线衍射效应的理论,如有一单色平行于X射线束以掠射角θ入射于晶格点阵中的某平面族,例如图4.2所示之(100)晶面族产生反射,相邻平面间的波程差为 θ sin 2 100 d QR PQ= +(6.1) 式(6.1)中 100 d是(100)平面族的面间距。若程差是波长的整数倍,则二反射波有相长干涉,即因满足

电磁场与微波技术实验天线部分实验二

信息与通信工程学院 电磁场与微波实验天线部分报告 XXX班 XXXX 学号:XXXXX 实验二 网络分析仪测试八木天线方向图 一、实验目的: 1.掌握网络分析仪辅助测试方法 2.学习测量八木天线方向图方法 3.研究在不同频率下的八木天线方向图特性 二、实验步骤: (1)调整分析仪到轨迹(方向图)模式 (2)调整云台起点位置270° (3)寻找归一化点(最大值点) (4)旋转云台一周并读取图形参数 (5)坐标变换、变换频率(F=600MHz、900MHZ、1200MHZ),分析八木天线方向图三、实验原理 实验中用的是七单元八木天线,包括一个有源振子,一个反射器,五个引向器(在此图中再加2个引向器即可) 八木天线原理图

引向器略短于二分之一波长,主振子等于二分之一波长,反射器略长于二分之一波长,两振子间距四分之一波长。此时,引向器对感应信号呈“容性”,电流超前电压90°;引向器感应的电磁波会向主振子辐射,辐射信号经过四分之一波长的路程使其滞后于从空中直接到达主振子的信号90°,恰好抵消了前面引起的“超前”,两者相位相同,于是信号叠加,得到加强。反射器略长于二分之一波长,呈感性,电流滞后90°,再加上辐射到主振子过程中又滞后90°,与从反射器方向直接加到主振子上的信号正好相差了180°,起到了抵消作用,一个方向加强,一个方向削弱,便有了强方向性。发射状态作用过程亦然。 3.实验步骤 四、实验测量图 不同频率下的测量图如下: 600MHz: 最大增益方向:73度,幅度:1 3dB点:55度,幅度:0.715 3dB点:97度,幅度:0.703 主瓣宽度: 97-55=42度

微波技术基础 简答题整理

第一章传输线理论 1-1.什么叫传输线?何谓长线和短线? 一般来讲,凡是能够导引电磁波沿一定方向传输的导体、介质或由它们共同体组成的导波系统,均可成为传输线;长线是指传输线的几何长度l远大于所传输的电磁波的波长或与λ可相比拟,反之为短线。(界限可认为是l/λ>=0.05) 1-2.从传输线传输波形来分类,传输线可分为哪几类?从损耗特性方面考虑,又可以分为哪几类? 按传输波形分类: (1)TEM(横电磁)波传输线 例如双导线、同轴线、带状线、微带线;共同特征:双导体传输系统; (2)TE(横电)波和TM(横磁)波传输线 例如矩形金属波导、圆形金属波导;共同特点:单导体传输系统; (3)表面波传输线 例如介质波导、介质镜像线;共同特征:传输波形属于混合波形(TE波和TM 波的叠加) 按损耗特性分类: (1)分米波或米波传输线(双导线、同轴线) (2)厘米波或分米波传输线(空心金属波导管、带状线、微带线) (3)毫米波或亚毫米波传输线(空心金属波导管、介质波导、介质镜像线、微带线) (4)光频波段传输线(介质光波导、光纤) 1-3.什么是传输线的特性阻抗,它和哪些因素有关?阻抗匹配的物理实质是什么? 传输线的特性阻抗是传输线处于行波传输状态时,同一点的电压电流比。其数值只和传输线的结构,材料和电磁波频率有关。 阻抗匹配时终端负载吸收全部入射功率,而不产生反射波。 1-4.理想均匀无耗传输线的工作状态有哪些?他们各自的特点是什么?在什么情况的终端负载下得到这些工作状态?

(1)行波状态: 0Z Z L =,负载阻抗等于特性阻抗(即阻抗匹配)或者传输线无限长。 终端负载吸收全部的入射功率而不产生反射波。在传输线上波的传播过程中,只存在相位的变化而没有幅度的变化。 (2)驻波状态: 终端开路,或短路,或终端接纯抗性负载。 电压,电流在时间,空间分布上相差π/2,传输线上无能量传输,只是发生能量交换。传输线传输的入射波在终端产生全反射,负载不吸收能量,传输线沿线各点传输功率为0.此时线上的入射波与反射波相叠加,形成驻波状态。 (3)行驻波状态: 终端负载为复数或实数阻抗(L L L X R Z ±=或L L R Z =)。 信号源传输的能量,一部分被负载吸收,一部分反射回去。反射波功率小于入射波功率。 1-5.何谓分布参数电路?何谓集总参数电路? 集总参数电路由集总参数元件组成,连接元件的导线没有分布参数效应,导线沿线电压、电流的大小与相位,与空间位置无关。分布参数电路中,沿传输线电压、电流的大小与相位随空间位置变化,传输线存在分布参数效应。 1-6.微波传输系统的阻抗匹配分为两种:共轭匹配和无反射匹配,阻抗匹配的方法中最基本的是采用λ/4阻抗匹配器和支节匹配器作为匹配网络。 1-7.传输线某参考面的输入阻抗定义为该参考面的总电压和总电流的比值;传输线的特征阻抗等于入射电压和入射电流的比值;传输线的波阻抗定义为传输线内横向电场和横向磁场的比值。 1-8.传输线上存在驻波时,传输线上相邻的电压最大位置和电压最小位置的距离相差λ/4,在这些位置输入阻抗共同的特点是纯电阻。 第二章 微波传输线 2-1.什么叫模式或波形?有哪几种模式?

哈工大 微波技术实验报告

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 微波技术 实验报告 院系:电子与信息工程学院班级: 姓名: 学号: 同组成员: 指导老师: 实验时间:2014年12月18日 哈尔滨工业大学

目录 实验一短路线、开路线、匹配负载S参量的测量------------------------------3 实验二定向耦合器特性的测量------------------------------------------------------6 实验三功率衰减器特性的测量-----------------------------------------------------11 实验四功率分配器特性的测量-----------------------------------------------------14 附录一RF2000操作指南-------------------------------------------------------------19 附录二射频电路基本常用单位------------------------------------------------------23 实验总结------------------------------------------------------------------------------------24

实验一 短路线、开路线、匹配负载S 参量的测量 一、实验目的 1、通过对短路线、开路线的S 参量S11的测量,了解传输线开路、短路的特性。 2、通过对匹配负载的S 参量S11及S21的测量,了解微带线的特性。 二、实验原理 S 参量 网络参量有多种,如阻抗参量[Z],导纳参量[Y],散射参量[S]等。微波频段 通常采用[S]参量,因为它不仅容易测量,而且通过计算可以转换成其他参量, 例如[Y]、[Z] 图1-1 一个二端口微波元件用二端口网络来表示,如图1-1所示。图中,a1,a2分 别为网络端口“1”和端口“2”的向内的入射波;b1,b2分别为端口“1”和端口 “2”向外的反射波。对于线性网络,可用线性代数方程表示: b1=S11a1+S12a2 b2=S21a1+S22a2 (1-1) 写成矩阵形式: ?? ??????????????=????? ???a a S S S S b b 212212211121 (1-2) 式中S11,S12,S21,S22组成[S]参量,它们的物理意义分别为 S11=11 a b 02=a “2”端口外接匹配负载时, “1”端口的反射系数 S21=12 a b 02=a “2”端口外接匹配负载时, “1”端口至“2”端口的传输系数 S12=21 a b 01=a “1”端口外接匹配负载时, “2”端口至“1”端口的传输系数

电磁场与电磁波实验报告电磁波反射和折射实验

电磁场与微波测量实验报告 学院: 班级: 组员: 撰写人: 学号: 序号:

实验一电磁波反射和折射实验 一、实验目的 1、熟悉S426型分光仪的使用方法 2、掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法 3、掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法 二、实验设备与仪器 S426型分光仪 三、实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物,必定要发生反射,本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律,即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上,反射线和入射线分居在法线两侧,反射角等于入射角。 四、实验内容与步骤 1、熟悉分光仪的结构和调整方法。 2、连接仪器,调整系统。 仪器连接时,两喇叭口面应相互正对,它们各自的轴线应在一条直线上,指示 两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处,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,拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个 角度后放下,即可压紧支座。 3、测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时,应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻 线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时,应使圆盘上的这对与金属 板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。这是小平台上的0刻 度就与金属板的法线方向一致。 转动小平台,使固定臂指针指在某一角度处,这角度读书就是入射角, 五、实验结果及分析 记录实验测得数据,验证电磁波的反射定律 表格分析: (1)、从总体上看,入射角与反射角相差较小,可以近似认为相等,验证了电磁波的反射定律。 (2)、由于仪器产生的系统误差无法避免,并且在测量的时候产生的随机误差,所以入射角

北邮电磁场与微波技术实验天线部分实验一

北邮电磁场与微波技术实验天线部分实验一最新

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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。 第二谐振点处频率约为(取最接近点)F=2450MHz,电阻R=626.8ohm, SWR=12.54,

《电磁场与电磁波》仿真实验

《电磁场与电磁波》仿真实验 2016年11月 《电磁场与电磁波》仿真实验介绍 《电磁场与电磁波》课程属于电子信息工程专业基础课之一,仿真实验主要目的在于使学生更加深刻的理解电磁场理论的基本数学分析过程,通过仿真环节将课程中所学习到的理论加以应用。受目前实验室设备条件的限制,目前主要利用 MATLAB 仿真软件进行,通过仿真将理论分析与实际编程仿真相结合,以理论指导实践,提高学生的分析问题、解决问题等能力以及通过有目的的选择完成实验或示教项目,使学生进一步巩固理论基本知识,建立电磁场与电磁波理论完整的概念。 本课程仿真实验包含五个内容: 一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 二、单电荷的场分布 三、点电荷电场线的图像 四、线电荷产生的电位 五、有限差分法处理电磁场问题 目录 一、电磁场仿真软件——Matlab的使用入门……………............................................... .4 二、单电荷的场分

布 (10) 三、点电荷电场线的图像 (12) 四、线电荷产生的电位 (14) 五、有限差分法处理电磁场问题 (17) 实验一电磁场仿真软件——Matlab的使用入门 一、实验目的 1. 掌握Matlab仿真的基本流程与步骤; 2. 掌握Matlab中帮助命令的使用。 二、实验原理 (一)MATLAB运算 1.算术运算 (1).基本算术运算 MATLAB的基本算术运算有:+(加)、-(减)、*(乘)、/(右除)、\(左除)、 ^(乘方)。

注意,运算是在矩阵意义下进行的,单个数据的算术运算只是 一种特例。 (2).点运算 在MATLAB中,有一种特殊的运算,因为其运算符是在有关算术运算符前面加点,所以叫点运算。点运算符有.*、./、.\和.^。两矩阵进行点运算是指它们的对应元素进行相关运算,要求两矩阵的维参数相同。 例1:用简短命令计算并绘制在0≤x≦6范围内的sin(2x)、sinx2、sin2x。 程序:x=linspace(0,6) y1=sin(2*x),y2=sin(x.^2),y3=(sin(x)).^2; plot(x,y1,x, y2,x, y3) (二)几个绘图命令 1. doc命令:显示在线帮助主题 调用格式:doc 函数名 例如:doc plot,则调用在线帮助,显示plot函数的使用方法。 2. plot函数:用来绘制线形图形 plot(y),当y是实向量时,以该向量元素的下标为横坐标,元素值为纵坐标画出一条连续曲线,这实际上是绘制折线图。 plot(x,y),其中x和y为长度相同的向量,分别用于存储x坐标和y 坐标数据。 plot(x,y,s)

微波技术基础

摘要 本文主要介绍了微波的基础知识,在第一章中介绍了微波的概念、基本特点以及微波在民用和军事上的应用,在第二章中介绍了微波传输线理论,主要介绍了TE型波的理论和传输特性。 10 This paper describes the basics of microwave in the microwave first chapter introduces the concept of the basic characteristics and microwave in the civilian and military applications, in the second chapter describes the microwave transmission line theory, introduces the theory and the type of wave Transmission characteristics.

微波技术基础 第一章微波简介 1.1 什么是微波 微波是频率非常高的电磁波,就现代微波理论的研究和发展而论,微波是指频率从GHz 300的电磁波,其相应的波长从1m~0.1mm,这段电磁频谱包~ MHz3000 括分米波(频率从300MHz~3000MHz),厘米波(频率从3GHz~30GHz),毫米波(频率从30GHz~300GHz)和亚毫米波(频率从300GHz~3000GHz)四个波段。 下图为电磁波谱分布图: 1.2微波的基本特点 1.似光性和似声性 微波波段的波长和无线电设备的线长度及地球上的一般物体的尺寸相当或小的多,当微波辐射到这些物体上时,将产生显著地反射、折射,这和光的反射折射一样。同时微波的传播特性也和几何光学相似,能够像光线一样直线传播和容易集中,即具有似光性。这样利用微波就能获得方向性极好、体积小的天线设

电磁场与电磁波实验报告

实验一 静电场仿真 1.实验目的 建立静电场中电场及电位空间分布的直观概念。 2.实验仪器 计算机一台 3.基本原理 当电荷的电荷量及其位置均不随时间变化时,电场也就不随时间变化,这种电场称为静电场。 点电荷q 在无限大真空中产生的电场强度E 的数学表达式为 204q E r r πε= (r 是单位向量) (1-1) 真空中点电荷产生的电位为 04q r ?πε= (1-2) 其中,电场强度是矢量,电位是标量,所以,无数点电荷产生的电场强度和电位是不一样的,电场强度为 1221014n i n i i i q E E E E r r πε==+++=∑ (i r 是单位向量)(1-3) 电位为 121014n i n i i q r ????πε==+++=∑ (1-4) 本章模拟的就是基本的电位图形。 4.实验内容及步骤 (1) 点电荷静电场仿真 题目:真空中有一个点电荷-q ,求其电场分布图。

程序1: 负点电荷电场示意图 clear [x,y]=meshgrid(-10:1.2:10); E0=8.85e-12; q=1.6*10^(-19); r=[]; r=sqrt(x.^2+y.^2+1.0*10^(-10)) m=4*pi*E0*r; m1=4*pi*E0*r.^2; E=(-q./m1).*r; surfc(x,y,E);

负点电荷电势示意图 clear [x,y]=meshgrid(-10:1.2:10); E0=8.85e-12; q=1.6*10^(-19); r=[]; r=sqrt(x.^2+y.^2+1.0*10^(-10)) m=4*pi*E0*r; m1=4*pi*E0*r.^2; z=-q./m1 surfc(x,y,z); xlabel('x','fontsize',16) ylabel('y','fontsize',16) title('负点电荷电势示意图','fontsize',10)

考研专业介绍:电磁场与微波技术

非统考专业介绍:电磁场与微波技术 一、专业介绍 电磁场与微波技术隶属于电子科学与技术一级学科。 1、研究方向 目前,各大院校与电磁场与微波技术专业相关的研究方向都略有不同的侧重点。以西安电子科技大学为例,该专业研究方向有: 01电磁兼容、电磁逆问题、计算微波与计算电磁学 04计算电磁学、智能天线、射频识别 07宽带天线、电磁散射与隐身技术 08卫星通信、无线通信、智能天线、信号处理 09天线理论与工程及测量、新型天线 10电磁散射与微波成像 11天线CAD、工程与测量 13移动卫星通信天线 14天线理论与工程 16电磁散射与隐身技术 17电磁兼容、微波测量、信号完整性分析 20移动通信中的相控阵、共形相控阵天线技术 21计算微波与计算电磁学、微波通信、天线工程、电磁兼容 22电阻抗成像、电磁兼容、非线性电磁学 23天线工程与CAD、微波射频识别技术、微波电路与器件 24电磁场、微波技术与天线电磁兼容 25天线测量技术与伺服控制 26天线理论与工程技术 27天线近远场测试技术及应用、无线网络通讯技术 28天线工程及数值计算 29微波电路与微波工程 30近场辐射及散射测量理论与技术 31微波系统和器件设计、电磁场数值计算 32电磁新材料、计算电磁学、电磁兼容 33计算电磁学、电磁兼容、人工合成新材料 34计算电磁学 35电磁隐身技术、天线理论与工程 36宽带小型化天线及电磁场数值计算 37射频识别、多天线技术 38天线和微波器件的宽带设计、小型化设计 2、培养目标 本专业培养德、智、体全面发展,在电磁信号(高频、微波、光波等)的产生、交换、发射、传输、传播、散射及接收等有关的理论与技术和信息(图像、语音、数据等)的获取、处理及传输的理论与技术两大方面具有坚实的理论基础和实验技能,了解本学科发展前沿和动态,具有独立开展本学科科学研究工作能力的高层次人才。 3、专业特色

电磁场与电磁波实验报告 2

电磁场与电磁波实验报告

实验一 电磁场参量的测量 一、 实验目的 1、 在学习均匀平面电磁波特性的基础上,观察电磁波传播特性互相垂直。 2、 熟悉并利用相干波原理,测定自由空间内电磁波波长λ,并确定电磁波 的相位常数β和波速υ。 二、 实验原理 两束等幅、同频率的均匀平面电磁波,在自由空间内从相同(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。本实验正是利用相干波原理,通过测定驻波场节点的分布,求得自由空间内电磁波波长λ的值,再由 λ πβ2=,βωλν==f 得到电磁波的主要参量:β和ν等。 本实验采取了如下的实验装置 设入射波为φj i i e E E -=0,当入射波以入射角1θ向介质板斜投射时,则在 分界面上产生反射波r E 和折射波t E 。设介质板的反射系数为R ,由空气进入介质板的折射系数为0T ,由介质板进入空气的折射系数为c T ,另外,可动板 2r P 和固定板1r P 都是金属板,其电场反射系数都为-1。在一次近似的条件下, 接收喇叭处的相干波分别为1001Φ--=j i c r e E T RT E ,2002Φ--=j i c r e E T RT E

这里 ()13112r r r L L L ββφ=+=;()()231322222L L L L L L r r r r βββφ=+?+=+=; 其中12L L L -=?。 又因为1L 为定值,2L 则随可动板位移而变化。当2r P 移动L ?值,使3r P 有零指示输出时,必有1r E 与2r E 反相。故可采用改变2r P 的位置,使3r P 输出最大或零指示重复出现。从而测出电磁波的波长λ和相位常数β。下面用数学式来表达测定波长的关系式。 在3r P 处的相干波合成为()210021φφj j i c r r r e e E T RT E E E --+-=+= 或写成 () ?? ? ??+-?Φ-=200212cos 2φφj i c r e E T RT E (1-2) 式中L ?=-=?Φβφφ221 为了测量准确,一般采用3r P 零指示法,即02cos =?φ 或 π)12(+=?Φn ,n=0,1,2...... 这里n 表示相干波合成驻波场的波节点(0=r E )数。同时,除n=0以外的n 值,又表示相干波合成驻波的半波长数。故把n=0时0=r E 驻波节点为参考节点的位置0L 又因 L ??? ? ??=?λπφ22 (1-3) 故 ()L n ??? ? ??=+λππ2212 或 λ)12(4+=?n L (1-4) 由(1-4)式可知,只要确定驻波节点位置及波节数,就可以确定波长的 值。当n=0的节点处0L 作为第一个波节点,对其他N 值则有: n=1,()λ24401=-=?L L L ,对应第二个波节点,或第一个半波长数。 n=1,()λ24412=-=?L L L ,对应第三个波节点,或第二个半波长数。

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注意事项 一、实验前应完成各项预习任务。 二、开启仪器前先熟悉实验仪器的使用方法。 三、实验过程中应仔细观察实验现象,认真做好实验结果记录。 四、培养踏实、严谨、实事求是的科学作风。自主完成实验和报告。 五、爱护公共财产,当发生仪器设备损坏时,必须认真检查原因并按规 定处理。 六、保持实验室内安静、整洁和良好的秩序,实验后应切断所用仪器的 电源 ,并将仪器整理好。协助保持实验室清洁卫生, 带出自己所产生的赃物。 七、不迟到,不早退,不无故缺席。按时交实验报告。 八、实验报告中应包括: 1、实验名称。 2、实验目的。 3、实验内容、步骤,实验数据记录和处理。 4、实验中实际使用的仪器型号、数量等。 5、实验结果与讨论,并得出结论,也可提出存在问题。 6、思考题。

实验仪器 JMX-JY-002电磁波综合实验仪 一、概述 电磁波综合实验仪,提供了一种融验证与设计为一体的电磁波实验的新方法和装置。它能使学生通过应用本发明方法和装置进行电磁场与电磁波实验,透彻地了解法拉第电磁感应定律、电偶极子、天线基本结构及其特性等重要知识点,使学生直观形象地认识时谐电磁场,深刻理解电磁感应的原理和作用,深刻理解电偶极子和电磁波辐射原理,掌握电磁场和电磁波测量技术的原理和方法,帮助学生建立电磁波的形象化思维方式,加深和加强学生对电磁波产生、发射、传输和接收过程及相关特性的认识,培养学生对电磁波分析和电磁波应用的创新能力。《JMX-JY-002电磁波综合实验仪》在001型基础上,添加了对天线不同极化角度的测量,学生通过测量,可绘制不同极化天线的方向图,使得学生对电磁波的感受更加深刻。 二、特点 1、理论与实践结合性强 2、直接面向《电磁场与波》的课程建设与改革需要,紧密配合教学大纲,使课堂环节与实验环节紧密结合。 3、针对重要知识点“电磁场与电磁波”课堂教学环节长期存在难于直观表达的困难,形象地体验抽象的知识。 4、实验内容的设置,融综合性、设计性与验证性与一体,帮助学生建立一套电磁波的形象化思维方式,加深和加强对电磁波产生、发射、传输、接收过程及相关特性的认识。 5、培养学生对电磁波分析和电磁波应用的创新能力。 三、系统配置及工作原理 (1)系统配置 1、JMX-JY-002电磁波教学综合实验仪主机控制系统:通过常规控制仪表与微波功率信号发生器、功率信号放大器构成电磁波教学综合实验仪主机控制系统,实现了对被控电磁场与波信号发射控制。 2、测试支架平台:包括支撑臂、测试滑动导轨、测量尺、天线连接杆件、感应器连接杆件、反射板连接杆件、微安表等组件。 3、测试套件:包括多极化天线(垂直极化、水平极化、左右螺旋极化)、射频连接电缆套件、感应器、感应器连接电缆、极化尺、标准测试天线板、反射板等构成测试套件。 (2)工作原理 实验仪主机控制系统的微波信号源产生微波信号,经由微波功率放大器放大后输出至OUTPUT端口,通过射频电缆将输出信号传送给发射天线向空间发射电磁波信号作为实验测试

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