《電磁場與電磁波》電磁實驗要求

電磁場實驗指導(dǎo)一、系統(tǒng)簡介電磁場電磁波及天線技術(shù)是電子信息工程、電磁場與電磁波、微波技術(shù)、天線技術(shù)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(chǎn)生，電磁波產(chǎn)生器、功率放大器、選頻放大器等，具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(xué)生對電磁波產(chǎn)生、（調(diào)制）、發(fā)射、傳輸和接收、（檢波）過程及終端設(shè)備相關(guān)特性的認(rèn)識，培養(yǎng)學(xué)生對電磁場電磁波及天線應(yīng)用的創(chuàng)新能力。一、實驗?zāi)康?、通過電磁感應(yīng)裝置的設(shè)計，了解麥克斯韋電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容2、了解半波天線感應(yīng)器的原理及設(shè)計方法3、天線長短與電磁波波長的接收匹配關(guān)系電磁感應(yīng)定律的驗證1、麥克斯韋電磁理論的內(nèi)容2、什么是電偶極子？3、了解線天線基本結(jié)構(gòu)及其特性實驗要求麥克斯韋電磁理論經(jīng)驗定律包括：靜電學(xué)的庫侖定律，涉及磁性的定律，關(guān)于電流的磁性的安培定律，法拉第電磁感應(yīng)定律。麥克斯韋把這四個定律予以綜合，導(dǎo)出麥克斯韋方程，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(yù)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。我們通過感應(yīng)天線體，來驗證電磁場的存在。實驗原理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(yīng)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。一般采用螺旋天線來降低天線尺寸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(yīng)用最為廣泛的一種天線，它具有結(jié)構(gòu)簡單和饋電方便等優(yōu)點。半波振子因其一臂長度為λ/4，全長為半波長而得名。（一）測量電磁波發(fā)射頻率1、用N型電纜直接將“RF輸出”連接至“校準(zhǔn)及測試口”。2、調(diào)節(jié)至頻率測試檔，直接讀出頻率值。3、已知電磁波發(fā)射源的頻率F,求得波長：λ=V光/F，比如，電磁波發(fā)射源頻率為900MHZ,則：λ=V光/F=3*108/900*106=0.33M.半波天線長L=0.165M則兩端子分別均為0.165/2=8.25CM實驗步驟（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(dǎo)電。3、將天線安裝到轉(zhuǎn)盤上，這時就完成了半波天線的制作。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1、按下發(fā)射開關(guān)，電磁波經(jīng)傳輸電纜，經(jīng)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。隨時間變化的電場要在空間產(chǎn)生磁場，同樣，隨時間變化的磁場也要在空間產(chǎn)生電場。電場和磁場構(gòu)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(chǎn)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(yīng)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(gòu)成一個完整的電磁感應(yīng)裝置。當(dāng)越靠近發(fā)射天線，燈泡被點的越亮。越遠離天線，燈泡越暗。（三）驗證麥克斯韋電磁理論，電磁場的存在1、用N型連接電纜連接“RF輸出”和“功率放大”兩個端口，“RF放大輸出”通過SMA連接線，將電磁波信號輸送到極化天線上。2、按下機器供電開關(guān)，機器工作正常，按下功率發(fā)射按鈕，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：已知電磁波發(fā)射源的頻率F,求得波長：λ=V光/F，比如，電磁波發(fā)射源頻率為900MHZ,則：λ=V光/F=3*108/900*106=0.33M.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（銅絲）制作典型的半波天線，安裝于感應(yīng)燈板兩端，豎直固定到測試支架上，調(diào)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。五、注意事項1、按下機器供電開關(guān)，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、測試感應(yīng)器時，不能將感應(yīng)