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电磁场与电磁波验指导书(参考)
电磁场与电磁波实验指导书
目 录
实验一 电磁波感应器的设计与制作
实验二 电磁波传播特性实验
实验三 电磁波的极化实验
实验四 天线方向图测量实验
实验一 电磁波感应器的设计与制作
一、预习要求
1、什么是法拉第电磁感应定律?
2、什么是电偶极子?
3、了解线天线基本结构及其特性。
二、实验目的
1、认识时变电磁场,理解电磁感应的原理和作用。
2、通过电磁感应装置的设计,初步了解天线的特性及基本结构。
3、理解电磁波辐射原理。
三、实验原理
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。
图1 电磁感应装置
如果将另一付天线置于电磁波中,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,如图1所示。
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,如图2所示。
图2 接收天线
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,全长为半波长而得名。其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到,于是可得半波振子()的远区场强有以下关系式:
式中,为方向性函数,对称振子归一化方向性函数为:
其中是的最大值。
由上式可画出半波振子的方向图如图3所示。
图3 半波振子的方向图
半波振子方向函数与无关,故在H面上的方向图是以振子为中心的一个圆,即为全方向性的方向图。在E面的方向图为8字形,最大辐射方向为,且只要一臂长度不超过,辐射的最大值始终在方向上;若继续增大L,辐射的最大方向将偏离方向。
四、实验内容与步骤
1、打开功率信号发生器电源开关,Signal灯亮,机器工作正常,按下Tx按钮,观察功率指示表有一定偏转,此时Standby灯亮,说明发射正常。
2、用金属丝制作天线体,用螺丝固定于感应灯板(或电流表检波板)两端,并安放到测试支架上,调节感应板的角度,使其与发射天线的极化方向一致。调节测试支架滑块到最右端,按下功率信号发生器上Tx按钮,同时移动测试支架滑块,靠近发射天线,直到小灯刚刚发光时,记录下滑块与发射天线的距离。
3、改变天线振子的长度,重复上面过程,记录数据。
4、选用其它天线形式制作感应器,重复上面过程,记录数据。
次数 天线形式 天线长度 接收距离 1 2 3 4
五、注意事项
1、按下Tx按钮时,若Alarm红色告警灯亮,应立即停止发射,检查电缆线与发射天线接口是否旋紧,其余接口是否用封闭帽盖上,Output接口与电缆是否接好,或请老师检查。否则会损坏机器。
2、测试感应器时,不能将感应灯靠近发射天线的距离太小,否则会烧毁感应灯。(置于20cm以外,或视感应灯亮度而定)。
3、尽量减少按下Tx按钮的时间,以免影响其它小组的测试准确性。
4、测试时尽量避免人员走动,以免人体反射影响测试结果。
六、报告要求
1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告。
2、制作两种以上天线,观察接收效果。画出天线形状,记录接收距离。
3、对实验中的现象分析讨论。
4、提出改进意见及建议。
七、接收天线参考形状
实验二 电磁波传播特性实验
一、预习要求
1、什么是迈克尔逊干涉原理?它在实验中有哪些应用?
2、驻波的产生原理及其特性。
二、实验目的
1、学习了解电磁波的空间传播特性。
2、通过对电磁波波长、波幅、波节、驻波的测量,进一步认识和了解电磁波。
三、实验原理
变化的电场和磁场在空间的传播称为电磁波。几列不同频率的电磁波在同一媒质中传播时,几列波可以保持各自的特点(波长、波幅、频率、传播方向等),在同时通过媒质时,在几列波相遇或叠加的区域内,任一点的振动为各个波
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