电磁场与电磁波实验 指导书 刘万强主编 山东理工大学电气与电子工程学院 电磁场与电磁波实验室 2020.10
电磁场与电磁波实验 指导书 刘万强 主编 山东理工大学电气与电子工程学院 电磁场与电磁波实验室 2020.10
电磁场与电磁波实验守则 1、学生必须按时到指定实验室做实验，不迟到、不早退，不喧哗，不乱扔杂物：爱护公物， 严禁在实验桌面上乱刻、乱画。保持实验室良好的实验环境。 2、实验前学生必须对所做的实验进行充分预习，并写出预习报告。实验前应认真了解所用 仪器、设备、仪表的使用方法与注意事项。在启动设备之前，需经指导教师检查认可。 3、实验时，要严肃认真，正确操作，仔细观察，真实记录实验数据的结果。实验中严禁违 章操作，遇到仪器设备故障要及时报告，不得自行拆卸。不得做与实验无关的事情，不得动与实 验无关的设备，不得进入与实验无关的场所。 4、实验中，如发现仪器设备损坏或丢失，应及时报告，查明原因。凡属违反操作规程导致 设备损坏或自行丢失仪表工具的，要追究责任，照章赔偿。 5、若发生事故，不要惊慌，必须立即切断电源，要保持现场并报告老师，以便查明情况， 酌情处理。 6、实验完毕后，要按要求整理好试验设备、器材和工具等，关断电源。经指导教师检查数 据并签字后，方可离开实验室。 7、学生需做开放性实验时，应事先与有关实验室（中心）联系，报告自己的实验目的、内 容。实验结束后应整理好实验现场。 8、学生必须认真做好实验报告，在规定时间内交给指导教师批阅
1 电磁场与电磁波实验守则 1、学生必须按时到指定实验室做实验，不迟到、不早退，不喧哗，不乱扔杂物；爱护公物， 严禁在实验桌面上乱刻、乱画。保持实验室良好的实验环境。 2、实验前学生必须对所做的实验进行充分预习，并写出预习报告。实验前应认真了解所用 仪器、设备、仪表的使用方法与注意事项。在启动设备之前，需经指导教师检查认可。 3、实验时，要严肃认真，正确操作，仔细观察，真实记录实验数据的结果。实验中严禁违 章操作，遇到仪器设备故障要及时报告，不得自行拆卸。不得做与实验无关的事情，不得动与实 验无关的设备，不得进入与实验无关的场所。 4、实验中，如发现仪器设备损坏或丢失，应及时报告，查明原因。凡属违反操作规程导致 设备损坏或自行丢失仪表工具的，要追究责任，照章赔偿。 5、若发生事故，不要惊慌，必须立即切断电源，要保持现场并报告老师，以便查明情况， 酌情处理。 6、实验完毕后，要按要求整理好试验设备、器材和工具等，关断电源。经指导教师检查数 据并签字后，方可离开实验室。 7、学生需做开放性实验时，应事先与有关实验室（中心）联系，报告自己的实验目的、内 容。实验结束后应整理好实验现场。 8、学生必须认真做好实验报告，在规定时间内交给指导教师批阅
令 录 实验一 电磁波感应器的设计与制作.3 实验二电磁波传播特性实验 .7 实验三电磁波的极化实验.10 实验四天线方向图测量实验.13 附录实验演示视频.17
2 目 录 实验一 电磁波感应器的设计与制作 . 3 实验二 电磁波传播特性实验 . 7 实验三 电磁波的极化实验 . 10 实验四 天线方向图测量实验 . 13 附 录 实验演示视频 . 17
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、了解线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。 微带天线 信号源 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。 本实验重点介绍其中的一种一—半波天线。 3
3 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、了解线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。 本实验重点介绍其中的一种─—半波天线
000000000 图2接收天线 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1/4，全长为半波长而得名。其福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(L=九/4)的远区场强有以下关系式： 0 o)0 sin 式中，。为方向性函数，对称振子归一化方向性函数为： sin 其中fm是e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中无关，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，最大辐射方向为日=π/2，且只要一臂长度不超过 0.625入，辐射的最大值始终在日=π/2方向上：若继续增大L,辐射的最大方向将偏离日=π/2 方向
4 图 2 接收天线 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 /4 ，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（ L = / 4 ）的远区场强有以下关系式： ( ) cos( cos ) sin I I E f r r = = 60 60 2 式中， ( ) f 为方向性函数，对称振子归一化方向性函数为： ( ) ( ) max cos( cos ) sin f F f = = 2 其中 max f 是 ( ) f 的最大值。 由上式可画出半波振子的方向图如图 3 所示。 =0 =0 图 3 半波振子的方向图 半波振子方向函数与 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 = / 2 ，且只要一臂长度不超过 0 625 . ，辐射的最大值始终在 = / 2 方向上；若继续增大 L，辐射的最大方向将偏离 = / 2 方向