電磁場實驗指導書

1、電磁場電磁波實驗指導書電磁場電磁波實驗指導書鹽城工學院信息學院鹽城工學院信息學院鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書1目目 錄錄第一章第一章 產品說明產品說明.2一、系統(tǒng)簡介一、系統(tǒng)簡介.2二、系統(tǒng)特點二、系統(tǒng)特點.2三、系統(tǒng)組成三、系統(tǒng)組成.2四、四、 系統(tǒng)性能指標系統(tǒng)性能指標.3五、五、 系統(tǒng)主要部件參數系統(tǒng)主要部件參數.3第二章第二章 實驗內容實驗內容.5實驗一實驗一 電磁感應定律的驗證及電場中位移電流的測量電磁感應定律的驗證及電場中位移電流的測量.5實驗二實驗二 同軸測量線導體內駐波特性測試同軸測量線導體內駐波特性測試.8實驗三實驗三 反射系數及駐波相位

2、的測試反射系數及駐波相位的測試.10實驗四實驗四 電場中位移電流的測試及計算電場中位移電流的測試及計算.12實驗五實驗五 電磁波的偏振及極化測試電磁波的偏振及極化測試.15實驗六實驗六 電磁波的邁克爾遜干涉電磁波的邁克爾遜干涉.19實驗七實驗七 電磁波的頻率功率測試電磁波的頻率功率測試.23鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書2第一章第一章 系統(tǒng)說明系統(tǒng)說明一、系統(tǒng)簡介一、系統(tǒng)簡介電磁場電磁波及天線技術是電子信息工程、電磁場與電磁波、微波技術、天線技術類專業(yè)必不可少的一門實驗課程，本系統(tǒng)包含功率計、頻率計、方波信號產生，電磁波產生器、功率放大器、選頻放大器等，具

3、有電磁波極化特性測試，天線方向圖測試、靜電場中位移電流測試等多種功能，加深學生對電磁波產生、 （調制） 、發(fā)射、傳輸和接收、（檢波）過程及終端設備相關特性的認識，培養(yǎng)學生對電磁場電磁波及天線應用的創(chuàng)新能力。二、系統(tǒng)特點二、系統(tǒng)特點1、測試系統(tǒng)面向電磁場與電磁波的課程建設，緊密配合教學大綱，通過直觀生動的實驗現(xiàn)象，完成對電磁場與電磁波相關特性的測試。2、系統(tǒng)內置 1KHz 方波可調信號源、選頻放大器，在完成對電磁波 PIN 調制功能的同時，可用于對天線方向圖的測試,而無需選配其他實驗裝置。3,系統(tǒng)自帶同軸開槽測量線，測量電磁波在同軸線導體內的傳輸特性，如：駐波，全反射，波節(jié)，波幅等參數。4、采用

4、數字顯示方式，在提高準確性的基礎上，更能方便感應器在任何位置歸零，直接讀取數值，提高測試精度，減小讀數給測試帶來的誤差。5、本裝置電磁波發(fā)射可選大功率或低功率兩路輸出，方便做不同實驗時的自由切換，輸出端口均為標準的 N 型接頭。6、測試系統(tǒng)自帶頻率計及功率計，用于對發(fā)射電磁波頻率功率的測試及校準。7、自帶波長計算功能，液晶界面直接顯示。8、完成電磁波的極化特性測試、場電流的測試及終端天線增益的測試功能。9、通過實驗現(xiàn)象可觀測入射電磁波及反射電磁波疊加形成的駐波現(xiàn)象，測試電磁波的波長及頻率。配置同軸式駐波測量槽線，可測試駐波參量，反射系數及電磁波的頻率。10、該測試系統(tǒng)融基礎性、驗證性與設計性于

5、一體，由淺入深的引導學生完成電磁場電磁波及天線相關知識的學習，將抽象的理論知識通過實驗現(xiàn)象反映出來，同時通過計算加以分析。三、系統(tǒng)組成三、系統(tǒng)組成鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書3本實驗系統(tǒng)由電磁波發(fā)射器（主設備） 、選頻放大器（內置） 、功率計（內置） 、頻率計（內置） 、同軸測量線（外接，選配） 、數字液晶顯示測量標尺、支撐架、極化天線、反射板、移動滑板、感應天線等組成。四、四、 系統(tǒng)性能指標系統(tǒng)性能指標1、工作頻率范圍： 760MHz-1000MHz（可根據客戶要求定制）2、發(fā)射功率： 33dBm3、整機功耗： 40W4、標尺精度： 0.01mm5、長

6、度量程： 100CM6、旋轉測量精度：17、極化測量量程：180五、五、 系統(tǒng)主要部件參數系統(tǒng)主要部件參數1、電磁波發(fā)射器工作頻率：1GHz 左右，幅度頻率均定制；電平值：35dBm；頻率穩(wěn)定度：5ppm2、方波發(fā)生器工作頻率：1KHz 可調； 幅度：0.1V-4V 可調 3、電磁波功率計頻率測試范圍：輸入信號頻率 5MHz-8GHz； 功率測試范圍：-30dBm-10dBm； 顯示：數碼管顯示鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書44、電磁波頻率計 頻率測試范圍：450MHz-3GHz； 顯示：液晶顯示5、多極化天線（SMA 接頭）參數：包含水平極化，垂直極化和

7、圓極化（選配）三種極化方式 6、顯示方式：數字液晶顯示，可在任意位置歸零，直觀讀取相對值和絕對值。7、選頻放大器（內置） 輸入信號頻率：1KHz； 靈敏度：0.1mv； 增益：0-60dB 可調（兼具微調功能）8、同軸測量線（選配，外接）頻率范圍：700MHz-1.6GHz； 阻抗：50； 耐功率：100W9、PIN 調制器射頻輸入：300MHz-3GHz； 方波輸入：800Hz-1.2KHz10、電流微安表參數：測試范圍：0.1uA-10uA 鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書5第二章第二章 實驗內容實驗內容實驗一實驗一 電磁感應定律的驗證電磁感應定律的驗證

8、一、實驗目的一、實驗目的1、通過電磁感應裝置的設計，了解麥克斯韋電磁感應定律的內容2、了解半波天線感應器的原理及設計方法3、天線長短與電磁波波長的接收匹配關系二、預習要求二、預習要求1、麥克斯韋電磁理論的內容2、什么是電偶極子？ 3、了解線天線基本結構及其特性 三、實驗儀器三、實驗儀器HD-CB-IV 電磁場電磁波數字智能實訓平臺： 1 套電磁波傳輸電纜： 1 套平板極化天線： 1 副半波振子天線： 1 副感應燈泡： 1 個四、實驗原理四、實驗原理麥克斯韋電磁理論經驗定律包括：靜電學的庫侖定律，涉及磁性的定律，關于電流的磁性的安培定律，法拉第電磁感應定律。麥克斯韋把這四個定律予以綜合，導出麥克

9、斯韋方程，該方程組系統(tǒng)而完整地概括了電磁場的基本規(guī)律，并預言了電磁波的存在。麥克斯韋提出的渦旋電場和位移電流假說的核心思想是：變化的磁場可以激發(fā)渦旋電場，變化的電場可以激發(fā)渦旋磁場；電場和磁場不是彼此孤立的，它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個統(tǒng)一的電磁場。下面我們通過制作感應天線體，來驗證電磁場的存在。 如圖示：電偶極子是一種基本的輻射單元，它是一段長度遠小于波長的直線電流元，線上的電流均勻同相，一個作時諧振蕩的電流元可以輻射電磁波，故又稱為元天線，元天線是最基本的天線。電磁感應裝置的接收天線可采用多種天線形式，相對而言性能優(yōu)良，但又容易制作，成本低廉的有半波天線、環(huán)形天線、螺旋天線等。 鹽城工學

10、院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書6 本實驗重點介紹其中的一種半波天線。 半波天線又稱半波振子，是對稱天線的一種最簡單的模式。對稱天線（或稱對稱振子）可以看成是由一段末端開路的雙線傳輸線形成的。這種天線是最通用的天線型式之一，又稱為偶極子天線。而半波天線是對稱天線中應用最為廣泛的一種天線，它具有結構簡單和饋電方便等優(yōu)點。 半波振子因其一臂長度為 /4 ，全長為半波長而得名。其輻射場可由兩根單線駐波天線的輻射場相加得到，于是可得半波振子（ L= /4 ）的遠區(qū)場強有以下關系式： E =60 Im cos( cos /2)/R 。 sin =60 Im/R 。 f( )

11、式中， f( ) 為方向函數。 對稱振子歸一化方向函數為 F( ) = f( ) / fmax=|cos( cos /2)/sin | 其中 fmax 是 f( ) 的最大值。由上式可畫出半波振子的方向圖如下 : 半波振子方向函數與 無關，故在 H 面上的方向圖是以振子為中心的一個圓，即為全方性的方向圖。在 E 面的方向圖為 8 字形，最大輻射方向為 = /2 ，且只要一臂長度不超過 0.625 ，輻射的最大值始終在 = /2 方向上；若繼續(xù)增大 L ，輻射的最大方向將偏離 = /2 方向。 五、實驗步驟五、實驗步驟（一）測量電磁波發(fā)射頻率（一）測量電磁波發(fā)射頻率1、用 N 型電纜直接將“輸出

12、口 1”連接至“功率頻率檢測口”。2、在液晶界面上同時顯示出發(fā)射功率及頻率。3、已知電磁波發(fā)射源的頻率 F,求得波長：=，比如，電磁波發(fā)射源頻率為FV光鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書7900MHz,則：= =3*108 8/900*106 6=0.33m.FV光半波天線長 L=0.165 m則兩端子分別均為 0.165/2=8.25cm4，電磁波波長也可由液晶界面波長計算公式直接計算得出。（二）制作半波振子天線（二）制作半波振子天線1、剪下一段銅絲，按計算得到尺寸剪下 2 段銅絲。2、將銅絲末端漆刮掉，保持良好導電。3、將天線安裝到轉盤上，這時就完成了半波

13、天線的制作。4、其他天線方法同上。（三）驗證麥克斯韋電磁理論，電磁場的存在（三）驗證麥克斯韋電磁理論，電磁場的存在1、按下發(fā)射開關，將“輸出口 2”與極化天線通過 SMA 電纜相連，電磁波經傳輸電纜，經天線發(fā)射后在空中傳輸2、燈泡被點亮，驗證了電磁場的存在。六、注意事項六、注意事項1、漆包線銅絲需將末端的漆刮掉，保持導電性良好。2、銅絲避免彎折。七、報告要求七、報告要求 1、按照標準實驗報告的格式和內容完成實驗報告； 2、完成數據運算及整理； 3、更換天線種類進行制作；鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書8實驗二實驗二 同軸測量線導體內駐波特性測試同軸測量線導體

14、內駐波特性測試一、實驗目的一、實驗目的1、在學生已經掌握微波傳輸理論的基礎上動手進行測試。2、主要了解負載阻抗與傳輸線特性阻抗不匹配時可產生的駐波變化。3、掌握電磁波在同軸線導體內傳輸及駐波特性4、掌握同軸線導體內的駐波計算方法，并進行分析二、預習內容二、預習內容1、了解同軸傳輸線的結構。2、了解駐波的產生原理。三、實驗設備三、實驗設備1、HD-CB-IV： 1 套2、隔離器： 1 只3、主槽線： 1 套4、檢波器： 1 只5、檢波表頭 1 只6、同軸電纜： 1 套7、短路塊： 1 只四、主要性能指標四、主要性能指標1、微波源：頻率 820MHz70 MHz 輸出功率：2W3W2、隔離器：損耗

15、0.5dB 隔離度25dB3、同軸負載：阻抗 50 歐姆 功率：5W 駐波1.06匹配狀態(tài)下的駐波測量：該同軸駐波測量線采用非諧振式檢波裝置，檢測電流不大,以 14UA 為佳。通過檢波頭在槽線上移動，找出最大電流，IMAX及最小電流 IMIN，即可計算出駐波： 鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書9P=EMAX/EMIN=Imax/Imin例如：最大電流為 10UA，最小電流為 6UA，代入公式后，駐波系數：P=Imax/Imin=1.28五、實驗步驟五、實驗步驟1、將“輸出口 2”連接到同軸測量線輸入端。2、測量線末端連接上匹配負載。3、耦合滑塊端連接上檢波器

16、。4、按下發(fā)射開關，檢波表頭指示檢波電流大小。5、記錄下電流最大值和最小值。6、按上述公式計算駐波比大小。開路狀態(tài)下的駐波測量：將匹配負載取下，重述上面實驗步驟。短路狀態(tài)下的駐波測量：將失配負載取下，重述上面實驗步驟。（注意，這個實驗時輸入前端隔離器必須要加?。ㄗ⒁?，這個實驗時輸入前端隔離器必須要加?。}城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書10實驗三實驗三 反射系數及駐波相位的測試反射系數及駐波相位的測試一、實驗目的一、實驗目的1、掌握微波傳輸理論及駐波的產生情況。2、掌握反射系數及駐波相位的計算方法。二、預習內容二、預習內容 1、預習駐波曲線的分布狀態(tài)；如何改

17、善駐波；如何提高測試精度。三、實驗設備三、實驗設備 1、HD-CB-IV： 1 套2、檢波表頭： 1 只3、檢波器 ： 1 只4、同軸電纜： 1 套5、測量線： 1 套6、隔離器（選配）： 1 只7、短路器： 1 只四、原理分析四、原理分析微波信號源經同軸傳輸線直接輸送至負載上。（一）如果負載阻抗俞傳輸線特性阻抗不匹配，終端負載會產生反射波，當入射波與（一）如果負載阻抗俞傳輸線特性阻抗不匹配，終端負載會產生反射波，當入射波與反射波并存時，傳輸線中即有駐波存在。反射波并存時，傳輸線中即有駐波存在。EMAX和 EMIN之間即為半個波長。終端負載的反射波 E-和入射波 E+之比稱為終端反射系數，T=

18、E-/E+在槽線中測出 P=EMAX/EMIN=1+T/1-T鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書11利用駐波測量槽線可以測出沿線駐波分布情況。求出駐波比 T，計算出終端反射系數。 （二）駐波相位（二）駐波相位 LminLmin 的測量：的測量： 實驗步驟：1、將測駐波的測試負載斷開，改接短路器。2、將隔離器接入同軸測量線輸入端。3、在負載端方向移動探針，尋找電流最小點，記下刻度尺寸，記為 L1。然后將短路器改接測試負載，慢慢將探針向微波源方向移動至電流最小點，記下刻度尺寸，記為L2，可得出：Lmin=L2-L1，由此計算出駐波相位 L。五、注意事項五、注意事項

19、1、末端接短路器時，必須在輸入端加上隔離器。鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書12實驗四實驗四 電場中位移電流的測試及計算電場中位移電流的測試及計算一、實驗目的一、實驗目的1、認識時變電磁場，理解電磁感應的原理和作用2、理解電磁波輻射原理 3、了解位移電流的概念二、預習要求二、預習要求1、什么是法拉第電磁感應定律？2、半波振子天線的原理。三、實驗儀器三、實驗儀器HD-CB-IV 電磁場電磁波數字智能實訓平臺： 1 套檢波器： 1 只微安表頭： 1 只電磁波傳輸電纜： 1 套平板極化天線： 1 副半波振子天線： 1 副四、實驗原理四、實驗原理隨時間變化的電場要在

20、空間產生磁場，同樣，隨時間變化的磁場也要在空間產生電場。電場和磁場構成了統(tǒng)一的電磁場的兩個不可分割的部分。能夠輻射電磁波的裝置稱為天線，用功率信號發(fā)生器作為發(fā)射源，通過發(fā)射天線產生電磁波。如果將另一副天線置于電磁波中，就能在天線體上感生高頻電流，我們可以稱之為接收天線，接收天線離發(fā)射天線越近，電磁波功率越強，感應電動勢越大。如果用小功率的白熾燈泡接入天線饋電點，能量足夠時就可使白熾燈發(fā)光。接收天線和白熾燈構成一個完整的電磁感應裝置。 當越靠近發(fā)射天線，燈泡被點的越亮。越遠離天線，燈泡越暗。五、實驗步驟五、實驗步驟（一）裝置白熾燈泡（一）裝置白熾燈泡1、用 SMA 電纜連接 “輸出口 2”和極化

21、天線（可先選擇 A 端口垂直極化），將電磁鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書13波信號輸送到極化天線上發(fā)射出去。2、按下機器供電開關，機器工作正常，按下功率“發(fā)射開關”，綠色發(fā)射指示燈亮，說明發(fā)射正常。3、半波天線的長度計算方法（也可由液晶界面直接顯示）：已知電磁波發(fā)射源的頻率 F,求得波長：= ，比如，電磁波發(fā)射源頻率為 900MHz,則：FV光=3*108 8/900*106 6=0.33m.FV光半波天線長 L=0.165m則兩端子分別均為 0.165/2=8.25cm下面開始制作天線。注意：（天線端口與支撐金屬片固定端的銅絲上的絕緣漆要刮）4、用金屬絲

22、（銅絲）制作典型的半波天線，安裝于感應燈板兩端，豎直固定到測試支架上，將滑塊移動置極化天線端（最左端）歸零，此時液晶顯示讀數 0.00。調節(jié)測試支架滑塊到離發(fā)射天線 40cm 左右，按下功率信號發(fā)生器上發(fā)射按鈕，白熾燈被點亮。5、開始移動測試支架滑塊（向靠近極化天線方向移動），直到小燈剛剛發(fā)光時，直接在顯示器上讀取滑塊與發(fā)射天線的距離并記錄。6、改變天線振子的長度，重復上面過程，記錄數據，總結得出天線長度與燈泡亮暗的關系。 7、設計制作其它天線形式制作感應器，重復上面過程，記錄數據。 次數次數天線形式天線形式天線長度天線長度距離距離 1 2 3 （二）裝置檢波二極管（二）裝置檢波二極管1、將感

23、應板換成檢波裝置，（燈泡變成了檢波二極管）。置于旋轉支架上。2、用金屬絲（銅絲）制作典型的半波天線，安裝于檢波板兩端，豎直固定到測試支架上，將滑塊移動置極化天線端（最左端）歸零，此時液晶顯示讀數 0.00。調節(jié)測試支架滑塊到離發(fā)射天線 40cm 左右，通過 SMA 連接線將檢波電流送至“檢波電流輸入”鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書14端口，同時將主機后開關切換至“電流輸入”。按下功率信號發(fā)生器上發(fā)射按鈕，指針開始偏轉。記錄數值。3、慢慢向極化天線方向移動，記錄下距離數值及電流大小，記錄數值。 次數次數天線形式天線形式 天線長度天線長度距離距離電流大小電流大

24、小 1 2 3 五、注意事項五、注意事項 1、按下機器供電開關，機器工作正常，按下功率發(fā)射按鈕，發(fā)射指示燈亮，說明發(fā)射正常。2、滑動感應器及反射板應緩慢，切忌過快影響實驗效果和讀數。3、測試感應器時，不能將感應燈靠近發(fā)射天線的距離太近，否則會燒毀感應燈。（置于 15cm 以外，或視感應燈亮度而定）4、盡量減少按下發(fā)射按鈕的時間，以免影響其它小組的測試準確性。5、測試時盡量避免人員走動，以免人體反射影響測試結果。六、報告要求六、報告要求 1、按照標準實驗報告的格式和內容完成實驗報告； 2、完成數據運算及整理； 3、對實驗中的現(xiàn)象分析討論。 鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁

25、波實驗指導書15實驗五實驗五 電磁波的偏振及極化測試電磁波的偏振及極化測試 一、一、實驗目的實驗目的1、電磁波的偏振現(xiàn)象的產生2、完全偏振波與合成偏振波的定義3、研究線性極化波的產生及其特點； 4、研究制作的電磁波感應器的極化特性，進行極化特性實驗，與理論結果進行對比討論； 5、通過實驗加深對電磁波極化特性的理解和認識。 二、預習要求二、預習要求1、什么是電磁波的偏振 ？ 它具有什么特點？ 2、了解各種常用天線的極化特性：垂直極化，水平極化，45圓極化等； 3、天線特性與發(fā)射 ( 接收 ) 電磁波極化特性之間的有什么關系？ 三、實驗儀器三、實驗儀器HD-CB-IV 電磁場電磁波數字智能實訓平臺

26、： 1 套水平極化天線： 1 副垂直極化天線： 1 副電磁波傳輸電纜： 1 根微安表： 1 只燈泡： 1 只四、實驗原理四、實驗原理首先我們說的偏振應該稱為完全偏振波，即波中只有一個方向的振動（線偏，電磁波里叫線極化），也有兩個方向合成的（圓偏振，橢圓偏振）。自然光里的電磁波可以理解為是在各個方向上線偏振光的均勻疊加。如果這種變化具有確定的規(guī)律，就稱電磁波為極化電磁波（簡稱極化波） 。如果極化電磁波的電場強度始終在垂直于傳播方向的（橫）平面內取向，其電場矢量的端點沿一閉合軌跡移動，則這一極化電磁波稱為平面極化波。電場的矢端軌跡稱為極化曲線，并按極化曲線的形狀對極化波命名。天線的極化，就是指天線

27、輻射時形成的電場強度方向。當電場強度方向垂直于地面時，此電波就稱為垂直極化波；當電場強度方向平行于地面時，此電波就稱為水平極化波。鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書16由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號在貼近地面時會在大地表面產生極化電流，極化電流因受大地阻抗影響產生熱能而使電場信號迅速衰減，而垂直極化方式則不易產生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號的有效傳播。因此，在移動通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。 電磁波的極化是電磁理論中的一個重要概念，它表征在空間給定點上電場強度矢量的取向隨時間變化的特性，并用電場強度矢量 E 的端點在空

28、間描繪出的軌跡來表示。由其軌跡方式可得電磁波的極化方式有三種：線極化、圓極化、橢圓極化。極化波都可看成由兩個同頻率的直線極化波在空間合成 , 如圖所示，兩線極化波沿正 Z 方向傳播，一個的極化取向在 X 方向，另一個的極化取向在 Y 方向。若 X 在水平方向， Y 在垂直方向，這兩個波就分別為水平極化波和垂直極化波。 若：水平極化波 Ex=Exm sin(wt-kz) 垂直極化波 Ey=Eym sin(wt-kz+ ) 其中 Exm 、 Eym 分別是水平極化波和垂直極化波的振幅， 是 Ey 超前 Ex 的相角（水平極化波取為參考相面）。 取 Z=0 的平面分析，有 Ex=Exm sin(wt

29、) Ey=Eym sin(wt+ )綜合得 aEx2-bExEy+cEy2=1式中 a 、 b 、 c 為水平極化波和垂直極化波的振幅 Exm 、 Eym 和相角 有關的常數。 此式是個一般化橢圓方程，它表明由 Ex 、 Ey 合成的電場矢量終端畫出的軌跡是一個橢圓。所以： 當兩個線極化波同相或反相時，其合成波是一個線極化波； 當兩個線極化波相位差為 /2 時，其合成波是一個橢圓極化波； 當兩個線極化波振幅相等，相位相差 /2 時，其合成波是一個圓極化波。 實驗一所設計的半波振子接收（發(fā)射）的波為線極化波，而最常用的接收（發(fā)射）圓極化波或橢圓極化波的天線即為螺旋天線。實際上一般螺旋天線在軸線方

30、向不一定產生鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書17圓極化波，而是橢圓極化波。當單位長度的螺圈數 N 很大時，發(fā)射（接收）的波可看作是圓極化波。 極化波的一個需要重視的地方是極化的旋轉方向問題。一般規(guī)定：面對電波傳播的方向（無論是發(fā)射或接收），電場沿順時針方向旋轉的波稱為右旋圓極化波。右旋螺旋天線只能發(fā)射或接收右旋圓極化波，左旋螺旋天線只能發(fā)射或逆時針方向旋轉的波稱為左旋圓極化波接收左旋圓極化波。判斷方法：沿著天線輻射方向，當天線的繞向符合右手螺旋定則時，為右旋圓極化，反之為左旋圓極化。 五、實驗步驟五、實驗步驟實驗裝置如下圖所示：實驗裝置如下圖所示： 1、將一

31、副發(fā)射極化天線架設在發(fā)射支架上，連接好發(fā)射電纜，開啟實驗平臺開關，將“輸出口 2”連接到極化天線上。按下發(fā)射開關，綠色指示燈亮，代表正常工作。 2、將制作的線極化的電磁波感應器安裝在測試支架上，分別設置成垂直、水平、斜 45 度三種位置，按下發(fā)射按鈕，并移動感應器滑塊，觀察燈泡達到同等亮度時與發(fā)射天線的距離，并記錄數據。 3、更換不同的發(fā)射天線類型，重復以上步驟，記錄測試數據。4、分析實驗數據，判斷各發(fā)射天線發(fā)出的電磁波的極化形式。距離（距離（ cm ） 天線形式天線形式 水平水平 垂直垂直 45 度度 V 形天線 1 環(huán)形天線 2 八木天線 3 半波天線 45、也可接檢波裝置，觀測不同極化時

32、的檢波電流大小。（有興趣的同學，可用這種方式記錄數據，從而畫出半波天線的方向圖）。鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書18六、注意事項六、注意事項 1、按下機器供電開關，機器工作正常，按下功率發(fā)射按鈕，發(fā)射指示燈亮，且液晶界面顯示發(fā)射狀態(tài)，說明發(fā)射正常。2、滑動感應器及反射板應緩慢，切忌過快影響實驗效果和讀數。3、測試感應器時，不能將感應燈靠近發(fā)射天線的距離太近，否則會燒毀感應燈。（置于 15cm 以外，或視感應燈亮度而定） 4、實驗前，按規(guī)定執(zhí)行清零操作，方便讀數記錄。5、避免與相鄰小組同時按下發(fā)射按鈕，盡量減少按下發(fā)射按鈕的時間，以免相互影響測試準確性。6、

33、測試時盡量避免人員走動，以免人體反射影響測試結果。 七、報告要求七、報告要求 1、按照標準實驗報告的格式和內容完成實驗報告；、2、完成數據運算及整理，依據實驗數據，分析電磁波的極化形式； 3、討論電磁波不同極化收發(fā)的規(guī)律；鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書19實驗六實驗六 電磁波的邁克爾遜干涉電磁波的邁克爾遜干涉 一、實驗目的一、實驗目的1 、學習了解電磁場電磁波的空間傳播特性； 2 、通過對電磁場電磁波波長、波幅、波節(jié)、駐波的測量進一步認識和了解電磁場電磁波 3、利用相干波原理測量波長二、預習要求二、預習要求1 、什么是邁克爾遜干涉原理？它在實驗中有哪些應用

34、？2 、駐波的產生原理及其特性； 三、實驗儀器三、實驗儀器HD-CB-IV 電磁場電磁波數字智能實訓平臺： 1 套極化天線： 1 副金屬反射板： 1 塊有機玻璃板 （選配） 1 塊電磁波傳輸電纜： 1 根半波振子天線： 1 副微安表頭： 1 只燈泡： 1 只四、實驗原理四、實驗原理 變化的電場和磁場在空間的傳播稱為電磁波，幾列電磁波同時在同一介質中傳播時，幾列波可以保持各自的特點 ( 波長、波幅、頻率、傳播方向等 ) 同時通過介質，在幾列波相遇或疊加的區(qū)域內，任一點的振動為各個波單獨在該點產生的振動的合成。而當兩個頻率相同、偏振相同、相位差恒定的波源所發(fā)出的波的疊加時在空間總會有一些點振動始終

35、加強，而另一些點振動始終減弱或完全抵消，因而形成干涉現(xiàn)象。 干涉是電磁波的一個重要特性，利用干涉原理可對電磁波傳播特性進行很好的探索。而駐波是干涉的特例。在同一媒質中兩列振幅相同的相干波，在同一直線上反向傳播時就疊加形成駐波。 由發(fā)射天線發(fā)射出的電磁波，在空間傳播過程中可以近似看成均勻平面波。此平面波垂直入射到金屬板，被金屬板反射回來，到達電磁波感應器；直射波也鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書20可直接到達電磁波感應器。這兩列波將形成駐波，兩列電磁波的波程差滿足一定關系時，在感應器位置可以產生波腹或波節(jié)。 設到達電磁感應器的兩列平面波的振幅相同 , 只是因波

36、程不同而有一定的相位差 , 電場可表示為： Ex=Em cos(wt-kz) Ey=Em cos(wt-kz+ )其中 = Z 是因波程差而造成的相位差 , 則當相位差 = Z1=2n (n=0,1,2) 時，合成波的振幅最大，Z1的位置為合成波的波腹；相位差 = Z2=2n + (n=0,1,2) 時，合成波的振幅最小，Z2的位置為合成波的波節(jié)。實際上到達電磁感應器的兩列波的振幅不可能完全相同，故合成波波腹振幅值不是二倍單列波的振幅值，合成波的波節(jié)值也不是恰好為零。 根據以上分析 , 若固定感應器，只移動金屬板，即只改變第二列波的波程，讓駐波得以形成，當合成波振幅最大 ( 波腹 ) 時： Z

37、1=2n / =n 當合成波振幅最小 ( 波節(jié) ) 時： Z2=(2n + )/ =(n+1/2) 此時合成波振幅最大到合成波振幅最小 ( 波腹到波節(jié) ) 的最短波程差為 /2 ，若此時可動金屬板移動的距離為L, 則 2L= /2 即 =4L 可見 , 測得了可動金屬板移動的距離L, 代入式中便確定電波波長。了解下面兩個概念：波節(jié)：駐波在空間內特定量振幅為最小值處的點。波幅：駐波在空間內特定量振幅為最大值處的點。 下面通過實驗現(xiàn)象來分析駐波的產生，及電磁波波長的測試方法。五、實驗步驟五、實驗步驟 實驗裝置如圖所示：實驗裝置如圖所示：1、用 SMA 連接電纜連接“輸出口 2”和極化天線口，將電磁

38、波信號輸送到極化天線上。 將感應天線滑至極化天線最左端，實施清零操作（液晶顯示界面顯示 0.00）。 2、將設計制作的電磁波感應器半波天線感應天線安裝在可旋轉支架上，先將其垂直放置，再將支臂滑塊緩慢移到距離發(fā)射天線 25-30 cm 刻度處；3、按下發(fā)射旋鈕，此時已有電磁波發(fā)射出來，燈泡被點亮（亮暗程度不一樣） ；4、移動反射板，看半波天線上燈是否有明暗變化，如果沒有或亮暗不明顯，將感應天線往極化天線方向移動少許距離，如果還沒明暗變化，再檢查天線及其他方面； 鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書215、如系統(tǒng)正常工作，注意：將反射板移動至感應器一端，實施清零操作

39、，此時液晶顯示界面顯示 0.00.繼而從遠而近移動可動反射板，使燈泡明暗變化以燈泡明暗度判斷波節(jié) ( 波腹 ) 的出現(xiàn)。再由近而遠移動反射板，并讀取最初燈泡最亮時反射板位置的坐標 X1 及燈泡最暗時反射板位置的坐標 X2 ；繼續(xù)測第二次燈泡最亮時反射板位置的坐標 X1 及燈泡最暗時反射板位置的坐標 X2 ；由最亮到最暗，最暗到最亮，如此反復，記下測得的最亮次數 i ，將測量數記入下表：次數次數感應位置感應位置 （ cm ） 波節(jié)波節(jié) 1 （cm ） 波節(jié)波節(jié) N （cm ） N波長（波長（cm ）平均（平均（cm ）1 2 3 例如：按下發(fā)射開關，移動反射板，記錄下白熾燈最亮時的刻度值：X1,

40、繼續(xù)向前移動白熾燈，記錄下白熾燈最暗時的刻度：X2,則 2(X1-X2)=1/2,計算出電磁波波長=4（X1-X2）,同時可計算出電磁波 F=V 光/4(X1-X2).注意：多記錄幾組數據，求平均之值后再計算波長。6、也可換上檢波裝置，這時可觀測指針是左右來回擺動，這時記錄下指針最大時的距離值，指針最小時的距離值。實驗步驟與上面相同，多記錄幾組數據求得平均值，從而計算波長大小。7，將金屬反射板換成玻璃板，觀測實驗現(xiàn)象。六、注意事項六、注意事項 1、按下機器供電開關，機器工作正常，按下發(fā)射開關，綠色發(fā)射指示燈亮，說明發(fā)射正常。2、滑動感應器及反射板應緩慢，切忌過快影響實驗效果和讀數。3、測試感應

41、器時，不能將感應燈靠近發(fā)射天線的距離太小，否則會燒毀感應燈。（置于 15cm 以外，或視感應燈泡亮度而定）鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書224、實驗前，按規(guī)定執(zhí)行清零操作，方便記錄數值。5、盡量減少按下發(fā)射按鈕的時間，以免影響其它小組的測試準確性。6、測試時盡量避免人員走動，以免人體反射影響測試結果。七、報告要求七、報告要求 1、采用數字液晶讀數提高測試精度，減小實驗誤差。2、按照標準實驗報告的格式和內容完成實驗報告； 3、完成數據運算及整理，計算出電磁波波長；4、對實驗中的現(xiàn)象分析討論，并對實驗誤差產生的原因進行分析。 實驗七實驗七 電磁波的頻率功率測試電磁波的頻率功率測試鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書鹽城工學院電磁場與電磁波實驗指導書23一、實驗目的一、實驗目的1、了解電磁波的頻率分類2、電磁波頻率功率的測試方法3、功率頻率的單位轉換二、預習要求二、預習要求1、電磁波功率的單位及轉換關系2、電磁波的頻率單位及轉換關系3、了解電磁波的概念三、實驗儀器三、實驗儀器HD-CB-IV 電磁場電磁波數字智能實訓平臺四、實驗原理四、實驗原理電磁波是物體所固有的發(fā)射和反射在空間傳播交變的電磁場的物理量。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X-射線和伽馬射線等。 電磁波是電磁場的一種運