电磁场与电磁波实验一电磁场与电磁波的验证.docx

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1、Harbin Institute of Technology电磁场与电磁波实验报告课程名称：电磁场与电磁波实验名称：电磁场与电磁波的验证实验报告说明1. 实验报告采用电子版，不收取纸质版。2. 请按照实验实际情况改进数据表，每组记录数据后需要组员签名、指导教师签名后，拍照插入实验报告中。3. 实验过程中，每组需用照片记录实验过程，插入到实验报告中。每组的数据和照片可以一样，但是实验分析和心得体会不得雷同。实验一 电磁场与电磁波的验证一、实验目的1、通过电磁感应装置的设计，了解麦克斯韦电磁理论的内容2、了解半波天线感应器的原理及设计方法3、天线长短与电磁波波长的接收匹配关系二、预习要求1、麦克斯

2、韦电磁理论的内容2、什么是电偶极子3、了解线天线基本结构及其特性 三、实验仪器HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台： 1套电磁波传输电缆： 1套平板极化天线： 1副半波振子天线： 1副感应灯泡： 1个四、实验原理麦克斯韦电磁理论经验定律包括：静电学的库仑定律，涉及磁场的定律，关于电流的磁场的安培定律，法拉第电磁感应定律。麦克斯韦把这四个定律予以综合，导出麦克斯韦方程，该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组

3、成一个统一的电磁场。下面我们通过制作感应天线体，来验证电磁场的存在。如图所示：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。 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

4、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：E = 60Imcos(cos/2)/R。 sin = 60Im/R f()式中， f()为方向函数。 对称振子归一化方向函数为 F()=f()/fmax=|cos(cos/2)/sin| 其中 fmax 是 f() 的最大值。由上式可画出半波振子的方向图如下 : 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，即为全方性的方向图。在 E 面的方向图为 8 字形，最大辐射方向为 =

5、/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。 五、实验步骤（一）测量电磁波发射频率1、用N型电缆直接将“输出口1”连接至“功率频率检测口”。2、在液晶界面上同时显示出发射功率及频率。3、已知电磁波发射源的频率F,求得波长：=，比如，电磁波发射源频率为900MHz,则：= =3*108/900*106=0.33m.半波天线长L=0.165 m则两端子分别均为0.165/2=8.25cm4，电磁波波长也可由液晶界面波长计算公式直接计算得出。（二）制作半波振子天线1、剪下一段铜丝，按计算得到尺寸剪下2段铜丝

6、。2、将铜丝末端漆刮掉，保持良好导电。3、将天线安装到转盘上，这时就完成了半波天线的制作。4、其他天线方法同上。（三）验证麦克斯韦电磁理论，电磁场的存在1、按下发射开关，将“输出口2”与极化天线通过SMA电缆相连，电磁波经传输电缆，经天线发射后在空中传输2、灯泡被点亮，验证了电磁场的存在。六、注意事项1、漆包线铜丝需将末端的漆刮掉，保持导电性良好。2、铜丝避免弯折。七、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；3、更换天线种类进行制作；八、思考题1、根据实验数据，写出实验结论。实验结论：接在天线上的灯泡在发射电磁波后被点亮，验证了电磁波的存在，而且电磁波

7、可以传递能量随着距离变化灯泡亮度变化，说明天线接收的能量随距离变化相同距离下不同类型天线接的灯泡亮度不同，说明不同天线的接收能量的能力有区别2、从电磁波产生和接收的角度分析实验仪器中灯泡为什么会亮?在发射电路中，电流的周期震荡在空间产生变化的电磁场，变化电场、磁场交替产生，以电磁波的形式在空间中传播，所以利用电磁波可以将发射电路的一部分能量在空间中传递若将线圈放入电磁场，由电磁感应知线圈可以感应电磁波产生感应电动势，说明电磁波传递的能量可以被天线接收到，所以接在天线上的灯泡才会被点亮。3、通过本实验，谈谈你的心得体会，并讲述该实验与本课程的哪些知识点相关。心得体会：在这一次实验中，我们通过电磁

8、感应装置的设计，加深了对麦克斯韦电磁理论的内容的理解，并且通过实际操作验证了电磁波的存在。了解了半波天线感应器的原理及设计方法、天线长短与电磁波波长的接受匹配关系，对电磁场与电磁波这门课程有了更深的理解。相关知识点：麦克斯韦电磁理论、法拉第电磁感应定律、环路定理、高斯定理、天线原理等实验原始数据记录与签字实践环节评分及标准考察项目考察内容教师评价备注（评语）过程表现100分态度认真、积极主动、操作规范，实验完毕后仪器断电、归位（90-100分）态度认真、积极主动、操作正确，实验完毕后仪器断电、归位（80-89分）态度较认真、操作基本正确，实验完毕后仪器断电、归位（60-79分）态度不端正、操作不规范，实验完毕后仪器未断电、归位（60分以下）结果验收100分实验数据处理准确规范、结果合理、结论正确（90-100分）实验数据处理准确、结果合理、结论正确（80-89分）实验数据处理较准确、结果基本合理、结论基本正确（60-79分）有大量错误，未达到实验目的（60分以下）实验报告内容100分格式规范；内容充实；分析深刻，见解独到（90-100分）格式规范；内容完整；分析正确，有个人见解（80-89分）格式较规范；内容较完整；分析基本正确（60-79分）格式不规范；内容不完整（60分以下）综合评分教师评语