电磁场与电磁波教学实验指导书“电磁场与电磁波”是理工科院校电子信息类专业一门重要的专业基础课。

由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都很重要，而且系统性、理论性很强，因此在学习本课程时，开设必要的实验课，使抽象的概念和理论能形象化、具体化，对学生加深理解和深刻地掌握基本理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力都是十分有益的。

做好本课程的实验，是学好本课程的必要的教学辅助环节。

同学们在做每个实验之前，一定要仔细阅读教材和实验指导书。

了解和熟悉实验设备、弄懂实验原理和实验目的、明确实验方法和实验步骤、并牢记相关注意事项，以使各实验得以安全、顺利地完成。

实验过程中要按实验步骤要求进行操作，认真观察实验现象，详细、规范地记录实验数据。

实验完成后，要认真分析实验结果，详细地写出实验报告。

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～1.5Hz2、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。

实验一位移电流验证实验实验目的1、通过本验证实验，初步认识了解位移电流，以帮助学生理解麦克斯韦方程组的本质特征，启发学生的新思维。

2、通过本实验，使学生深刻认识和理解：电磁波是一种能量的释放。

预习要求1、理解位移电流的概念；2、Maxwell方程中位移电流如何表示：3、位移电流的方向如何确定。

实验原理用高频震荡电路通过天线向空间辐射电磁波，用在白炽灯的两端分别链接导体做成半波天线，我们称之为感应器，感应器并未形成回路，将感应器置放于电磁波当中某一空间位置时，此时空间电场将点亮我们用作天线的白炽灯，没有形成回路的天线中的电流就是位移电流，位移电流点亮了白炽灯。

实验内容1、用金属丝制作天线体，焊接（或用螺丝）固定在感应器板的两端，形成线天线。

2、打开信号发生器电源开关，STANBY灯亮，机器工作正常，按下TX按钮，观察到功率指示表有一定偏转，表明发射正常。

3、用拇指和食指捏住感应器板的两册（手指不要接触到金属丝），将感应器置于距离极化天线发射平面15厘米以外的空间位置上，观察无源感应器上白炽灯的发光变化，并记录观察到的现象。

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、避免与相邻小组同时按下TX按钮，尽量减少按下TX按钮的时间，以免相互影响测试准确性。

4、测试时尽量避免人员走动，以免人体反射影响测试结果。

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、详细记录观察到的实验现象；3、对实验结果进行分析讨论。

实验二 电磁波传播特性实验实验目的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 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。

实验原理变化的电场和磁场在空间的传播称为电磁波，几列电磁波同时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)同时通过媒质，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的振动的合成。

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的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 xm E E t kz ω=-()cos y ym 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12z n δβπ== ()0,1,2,n =时，合成波的振幅最大，1z 的位置为合成波的波腹；相位差22z n δβππ==+ ()0,1,2,n =时，合成波的振幅最小，2z 的位置为合成波的波 节。

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。

根据以上分析,若固定感应器，只移动金属板，即只改变第二列波的波程，让驻波得以形成，当合成波振幅最大(波腹)时：12z n n πβλ==。

当合成波振幅最小(波节)时：()()2212z n n ππβλ=+=+，此时合成波振幅最大到合成波振幅最小(波腹到波节)的最短波程差为2λ，若此时可移动金属板移动的距离为L ∆,则22L λ∆=即4L λ=∆。

可见,测得了可移动金属板移动的距离L ∆,代入式中便确定电磁波的波长。

实验内容1、将设计制作的电磁波感应器——半波天线安装在可旋转支臂上，先将其垂直放置，再将支臂滑块移到距离发射天线10 cm 刻度处；2、开启电磁波教学综合实验仪开关（POWER ），按TX 按钮，此时发射天线板已有电磁波发射出来；3、移动反射板，看半波天线上灯是否有明暗变化，如果没有，先将半波天线转为水平放置，如果还没明暗变化，再检查天线及其他方面；4、如系统正常工作，从远而近移动可动反射板，使灯泡明暗变化以灯泡明暗度判断波节(波腹)的出现。

再由近而远移动反射板，并记录下最初灯泡最亮时反射板位置的坐标1z 及灯泡最暗时反射板位置的坐标2z ；继续测第二次灯泡最亮时反射板位置的坐标1z 及灯泡最暗时反射板位置的坐标2z ；由最亮到最暗，最暗到最亮，如此反复，记下测得的最亮次数i ，将测量数记入下表：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。

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、完成数据运算及整理，计算出电磁波波长；3、对实验中的现象分析讨论，并对实验误差产生的原因进行分析。

实验三 电磁波的极化特性实验实验目的1、研究几种极化波的产生及其特点；2、研究制作的电磁波感应器的极化特性，进行极化特性实验，与理论结果进行对比、讨论；3、通过实验加深对电磁波极化特性的理解和认识。

预习要求1、什么是电磁波的极化?它具有什么特点？2、了解各种常用天线的极化特性；3、天线特性与发射(接收)电磁波极化特性之间的有什么关系？实验原理电磁波的极化是电磁理论中的一个重要概念，它表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性，并用电场强度矢量E 的端点在空间描绘出的轨迹来表示。