《電磁場(chǎng)與電磁波》電磁實(shí)驗(yàn)要求

電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)一、系統(tǒng)簡(jiǎn)介電磁場(chǎng)電磁波及天線技術(shù)是電子信息工程、電磁場(chǎng)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(shí)驗(yàn)課程，本系統(tǒng)包含功率計(jì)、頻率計(jì)、方波信號(hào)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(cè)試，天線方向圖測(cè)試、靜電場(chǎng)中位移電流測(cè)試等多種功能，加深學(xué)生對(duì)電磁波產(chǎn)生、（調(diào)制）、發(fā)射、傳輸和接收、（檢波）過(guò)程及終端設(shè)備相關(guān)特性的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)電磁波及天線應(yīng)用的創(chuàng)新能力。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過(guò)電磁感應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)，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(jì)方法3、天線長(zhǎng)短與電磁波波長(zhǎng)的接收匹配關(guān)系電磁感應(yīng)定律的驗(yàn)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(shí)驗(yàn)要求麥克斯韋電磁理論經(jīng)驗(yàn)定律包括：靜電學(xué)的庫(kù)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(gè)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(chǎng)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(chǎng)和位移電流假說(shuō)的核心思想是：變化的磁場(chǎng)可以激發(fā)渦旋電場(chǎng)，變化的電場(chǎng)可以激發(fā)渦旋磁場(chǎng)；電場(chǎng)和磁場(chǎng)不是彼此孤立的，它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場(chǎng)。我們通過(guò)感應(yīng)天線體，來(lái)驗(yàn)證電磁場(chǎng)的存在。實(shí)驗(yàn)原理電偶極子是一種基本的輻射單元，它是一段長(zhǎng)度遠(yuǎn)小于波長(zhǎng)的直線電流元，線上的電流均勻同相，一個(gè)作時(shí)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(duì)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(lái)降低天線尺寸本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)介紹其中的一種半波天線。半波天線又稱半波振子，是對(duì)稱天線的一種最簡(jiǎn)單的模式。對(duì)稱天線（或稱對(duì)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(duì)稱天線中應(yīng)用最為廣泛的一種天線，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單和饋電方便等優(yōu)點(diǎn)。半波振子因其一臂長(zhǎng)度為λ/4，全長(zhǎng)為半波長(zhǎng)而得名。（一）測(cè)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(cè)試口”。2、調(diào)節(jié)至頻率測(cè)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(zhǎng)：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(zhǎng)L=0.165M則兩端子分別均為0.165/2=8.25CM實(shí)驗(yàn)步驟（二）制作半波振子天線1、剪下一段銅絲，按計(jì)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(shí)就完成了半波天線的制作。4、其他天線方法同上。（三）驗(yàn)證麥克斯韋電磁理論，電磁場(chǎng)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(diǎn)亮，驗(yàn)證了電磁場(chǎng)的存在。隨時(shí)間變化的電場(chǎng)要在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，同樣，隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)也要在空間產(chǎn)生電場(chǎng)。電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成了統(tǒng)一的電磁場(chǎng)的兩個(gè)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(hào)發(fā)生器作為發(fā)射源，通過(guò)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(qiáng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。如果用小功率的白熾燈泡接入天線饋電點(diǎn)，能量足夠時(shí)就可使白熾燈發(fā)光。接收天線和白熾燈構(gòu)成一個(gè)完整的電磁感應(yīng)裝置。當(dāng)越靠近發(fā)射天線，燈泡被點(diǎn)的越亮。越遠(yuǎn)離天線，燈泡越暗。（三）驗(yàn)證麥克斯韋電磁理論，電磁場(chǎng)的存在1、用N型連接電纜連接“RF輸出”和“功率放大”兩個(gè)端口，“RF放大輸出”通過(guò)SMA連接線，將電磁波信號(hào)輸送到極化天線上。2、按下機(jī)器供電開關(guān)，機(jī)器工作正常，按下功率發(fā)射按鈕，綠色發(fā)射指示燈亮，說(shuō)明發(fā)射正常。3、半波天線的長(zhǎng)度計(jì)算方法：已知電磁波發(fā)射源的頻率F,求得波長(zhǎng)：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(zhǎng)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(cè)試支架上，調(diào)節(jié)測(cè)試支架滑塊到離發(fā)射天線40cm左右，按下功率信號(hào)發(fā)生器上發(fā)射按鈕，白熾燈被點(diǎn)亮。5、開始移動(dòng)測(cè)試支架滑塊（向靠近極化天線方向移動(dòng)），直到小燈剛剛發(fā)光時(shí)，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(xiàng)1、按下機(jī)器供電開關(guān)，機(jī)器工作正常，按下功率發(fā)射按鈕，發(fā)射指示燈亮，說(shuō)明發(fā)射正常。2、測(cè)試感應(yīng)器時(shí)，不能將感應(yīng)