电磁场与微波技术实验指导书XXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXXX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信号，通过信号接收单元上的感应器，可测量或直观观察到反映电磁波的波幅、波节以及极化等特征。

四、性能指标1、工作频率范围：800MHz～1GHz2、整机功耗：<50W3、标尺精度：1mm4、长度量程：1m5、旋转测量精度：1°6、极化测量量程：180°7、电源电压：AC220V±10％8、工作环境温度范围：0°～40°C五、操作使用1、连接电源，打开电源（POWER）开关,电源开关指示灯亮。

2、将发射天线架设在系统支架上，连接好发射电缆（射频电缆一端连接到实验仪主机控制系统的OUTPUT端口，另一端连接到发射天线的相应端点上）。

3、按下TX按钮，开始发射信号，信号指示灯亮，表明发射正常。

若ALM红灯亮，应立即停止发射，检查发射天线是否连接好。

红色告警指示灯亮时，表明发射信号输出通道反射过强，仍然持续发射会造成仪器损坏。

4、支架平台设有两个可滑动的支架滑块，根据不同实验要求安装测试天线（感应器）或反射板。

5、支架平台上的非金属方向调整机构用于手动调整接收天线的角度以确定电磁波的极化方向等。

六、注意事项1、按下TX按钮时，若ALM红色告警灯亮，应立即停止发射，检查高频Ｎ头是否对应连接牢固，发射天线是否接好，或请老师检查。

否则会损坏机仪器。

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15cm 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。

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/4λ，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（/2=L λ）的远区场强有以下关系式：()cos(cos )sin I I E f r rθπθθ==60602 式中，()f θ为方向性函数，对称振子归一化方向性函数为：()()maxcos(cos )sin f F f θθπθθ==2 其中max f 是()f θ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φ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/θπ=2，且只要一臂长度不超过.λ0625，辐射的最大值始终在/θπ=2方向上；若继续增大L ，辐射的最大方向将偏离/θπ=2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。

a. 测试谐振频率：调节测试支架滑块到20cm 处，调整发射频率（800MHz —1000MHz ，步长20MHz ），记录感应灯最亮时对应的频率。

b. 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/直径谐振频率接收距离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、制作两种对称振子天线和两种螺旋天线，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单独在该点产生振动的合成。

而当两个频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波源所发出的波叠加时，在空间总会有一些点振动始终加强，而另一些点振动始终减弱或完全抵消，因而形成干涉现象。

干涉是电磁波的一个重要特性，利用干涉原理可对电磁波传播特性进行很好的探索。

而驻波是干涉的特例。

在同一媒质中两列振幅相同的相干波，在同一直线上反向传播时就叠加形成驻波。

由发射天线发射出的电磁波，在空间传播过程中可以近似看成均匀平面波。

此平面波垂直入射到金属板，被金属板反射回来，到达电磁波感应器；直射波也可直接到达电磁波感应器，这两列波将形成驻波，两列电磁波的波程差满足一定关系时，在感应器位置可以产生波腹或波节。

设到达电磁感应器的两列平面波的振幅相同，只是因波程不同而有一定的相位差，电场可表示为：cos()x m E E t kz ω=- cos()=++y m E E t kz ωδ其中z δβ=是因波程差而造成的相位差。

则当相位差(,,)===z n n δβπ1012时，合成波的振幅最小，z 1的位置为合成波的波节；相位差()/(,,)==+=z n n δβπ2212012时，合成波的振幅最大，z 2的位置为合成波的波腹。

实际上到达电磁感应器的两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单列波的振幅值，合成波的波节值也不是恰好为零。