SYDSB-01可視化電磁場與電磁波實驗

時間：2023/7/13閱讀：1882

一、實驗概述

電磁場電磁波與天線綜合實驗系統能滿足能滿足通信工程、電子工程、微波工程等專業開設《電磁場》、《天線技術》等課程教學、實訓、示教需要，也可用于微波電磁場技術類課程的課題設計和畢業設計及基于ADS軟件的創新設計。

電磁場電磁波與天線綜合實驗系統通過學生制作感應器的方式，使學生能夠切實感知和親身體驗電磁波的發射、傳播、接收等完整的過程，具有與教學大綱結合緊密，實驗內容緊扣教學重點、難點，知識點覆蓋面寬，能夠透徹地了解法拉第電磁感應定律、電磁波傳播特性、電偶極子、天線基本結構及其特征等重要知識點，深刻理解電磁感應定律的原理和作用，深刻理解電偶極子和電磁波輻射的原理，掌握電磁波測量技術原理和方法，幫助學習人員建立電磁波的形象思維方式，加深和加強學習人員對電磁波產生、發射、傳輸、接收過程吸納各個特征的認識，培養學習人員對電磁波分析和電磁波應用的創新能力。

實驗系統通過增大射頻信號發射功率，在不需專用儀表的情況下能感知電磁場存在、定性研究天線的極化方向、天線增益、天線頻響等性能；

實驗平臺設有波長測量、功率檢波、電磁場極化等若干簡單又富有論證性的實驗。將實驗儀器的功率發射端加載到三種極化天線端口。將天線采集到的感生電流接入LED燈。把檢波天線放置在固定的位置以后，可以看到LED燈的明暗與極化方式有著對應的關系。將發射天線的功率輸入天線，通過調整檢波天線的位置或者檢波天線的角度方向，觀察發光燈的明暗變化。這樣就可以直觀的感受到電磁波的分布參數、極化等豐富的概念。在整個實驗過程中，通過極其簡單的幾個操作，就可以將所學的抽象的知識，通過具象化的實驗來驗證清楚，進一步提高了教學的效率。增加了學生對實驗的印象，提高了學生動手能力，深刻的將公式與現象結合起來，為以后的工作和學習提供了切實有效的經驗。提升學生對電磁場與波的學習興趣，實現探究性學習，創造性學習。

用麥克斯韋方程的工程應用技術，采用特制的無源發光電磁波感應器，使抽象的“電磁波"看得見、摸得著，電波傳播眼見為實，幫助學生建立空間形象；有效化解感念抽象于形象，化物理現象模糊于具體，改變實驗呆板、實驗內容單調。使知識認知可視化、知識應用自主化能建立趣味化的實驗教學體系性設計。建立創新實驗教學互動平臺，拓展類實驗有助于老師和學生圍繞知識能力發揮和運用，形成富有特色的新成果。

二、實驗內容

實驗1、電磁波及傳播特性實驗

實驗目的

1、通過電磁感應裝置的設計，了解麥克斯韋電磁感應定理的內容；

2、理解電磁波輻射原理；了解電磁感應的原理及作用，

3、理解電場與磁場的相互關系，通過接收裝置來驗證電磁場的存在。

實驗項目

1、認識電磁波實驗

2、場矢量認知實驗

3、位移電流驗證實驗

4、可視化電磁波感應器制作實驗

5、輻射衰減規律實驗

實驗2、電磁波極化特性實驗

實驗目的

1、電磁波的偏振現象的產生，觀察極化現象；

2、偏振波與和傳播的定義判斷極化形式；

3、研究線性極化的產生及其特點；

4、研究制作的電磁波感應器的極化特性，進行極化特性實驗；

5、通過試驗加深對電磁波極化特性的理解。

實驗項目

1、構建實驗平臺

2、垂直與水平極化電磁波實驗

3、左旋圓極化電磁波實驗

4、極化軸比實驗

實驗3、電磁波反射與行駐波特性實驗

實驗目的

1、了解電磁場電磁波空間傳播特性；

2、通過對電磁波長、波幅、波節、駐波的測量進一步認識電磁波；

3、利用相干波原理測量波長；

4、了解電磁波在傳輸過程中的干涉和駐波的形成，及形成的條件，觀測電磁波傳輸過程中波節點與波幅點的產生。

實驗項目

1、垂直極化波反射合成與行駐波特性；

2、水平極化波反射合成與行駐波特性實驗；

3、左旋圓極化波反射合成與行駐波特性；

實驗4、電磁波反射特性實驗

實驗目的

1、研究電磁波的反射現象的產生，驗證電磁波入射角等于反射角；

2、研究線性極化的反射及其特點

3、通過試驗加深對電磁波極化特性的理解

實驗項目

1、垂直或水平極化波斜入射到導體平面的反射波；沿反射角方向LED最亮。

2、左旋圓極化波斜入射到導體平面的反射波；

實驗5、電磁波邊界條件實驗

實驗目的

1、研究電磁波的邊界條件實驗；

2、研究電磁波傳播路經上遇到不同物質的透射現象；

3、通過試驗加深對電磁波傳播特性的理解；

實驗項目

1、垂直極化波垂直入射到水平縫隙導體平面的透射波；

2、垂直極化波垂直入射到垂直縫隙導體平面的透射波；

3、左旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導體平面的透射波；

4、右旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導體平面的透射波；

5、垂直極化波垂直入射到超材料平面的透射波；

實驗6、接收天線互耦實驗

實驗目的

1)研究接收二元天線陣互耦影響；

2)尋找二元天線陣互不影響的距離；

實驗項目

1）垂直極化波垂直入射時二元天線陣互耦影響；

2）水平極化波垂直入射時二元天線陣互耦影響；

實驗7、電磁波對不同物質的透射實驗

實驗目的

1、研究電磁波對不同媒質的透射實驗；

2、研究電磁波傳播路經上遇到不同物質的透射現象；

3、通過試驗加深對電磁波傳播特性的理解；

實驗項目

1、垂直極化波垂直入射到導體平面；

2、垂直極化波垂直入射到有機玻璃平面的透射波；

3、垂直極化波垂直入射到書籍平面的透射波；

4、垂直極化波垂直入射到泡沫平面的透射波；

5、右旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導體平面的透射波；

6、垂直極化波垂直入射到超材料平面的透射波；

實驗8、電磁輻射原理實驗

實驗目的

1、認識天線的作用與地位。

2、深刻理解電磁輻射與天線的關系。

3、掌握理解電磁輻射的基本要素。

實驗9、天線方向圖繪制實驗

實驗目的

1、了解掌握天線方向圖的工程意義。掌握電磁波輻射的原理和測量方法。

2、掌握繪制天線方向圖的一般方法，繪制并理解天線方向圖。

3、掌握天線方向圖測量的原理和方法。

實驗內容

1、用LED燈的測量顯示天線E面方向圖強弱。

2、用微安表測量E面方向圖，繪制天線E面方向圖。

3、用LED燈的強弱顯示天線H面方向圖測量

4、用微安表測量H面方向圖，繪制天線H面方向圖。

SYDSB-01可視化電磁場與電磁波實驗

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