一、實(shí)驗(yàn)概述
電磁場電磁波與天線綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能滿足能滿足通信工程、電子工程、微波工程等專業(yè)開設(shè)《電磁場》、《天線技術(shù)》等課程教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、示教需要,也可用于微波電磁場技術(shù)類課程的課題設(shè)計和畢業(yè)設(shè)計及基于ADS軟件的創(chuàng)新設(shè)計。
電磁場電磁波與天線綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過學(xué)生制作感應(yīng)器的方式,使學(xué)生能夠切實(shí)感知和親身體驗(yàn)電磁波的發(fā)射、傳播、接收等完整的過程,具有與教學(xué)大綱結(jié)合緊密,實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊扣教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn),知識點(diǎn)覆蓋面寬,能夠透徹地了解法拉第電磁感應(yīng)定律、電磁波傳播特性、電偶極子、天線基本結(jié)構(gòu)及其特征等重要知識點(diǎn),深刻理解電磁感應(yīng)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(shù)原理和方法,幫助學(xué)習(xí)人員建立電磁波的形象思維方式,加深和加強(qiáng)學(xué)習(xí)人員對電磁波產(chǎn)生、發(fā)射、傳輸、接收過程吸納各個特征的認(rèn)識,培養(yǎng)學(xué)習(xí)人員對電磁波分析和電磁波應(yīng)用的創(chuàng)新能力。
實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過增大射頻信號發(fā)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(shí)驗(yàn)平臺設(shè)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(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)儀器的功率發(fā)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(yīng)的關(guān)系。將發(fā)射天線的功率輸入天線,通過調(diào)整檢波天線的位置或者檢波天線的角度方向,觀察發(fā)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(shù)、極化等豐富的概念。在整個實(shí)驗(yàn)過程中,通過極其簡單的幾個操作,就可以將所學(xué)的抽象的知識,通過具象化的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證清楚,進(jìn)一步提高了教學(xué)的效率。增加了學(xué)生對實(shí)驗(yàn)的印象,提高了學(xué)生動手能力,深刻的將公式與現(xiàn)象結(jié)合起來,為以后的工作和學(xué)習(xí)提供了切實(shí)有效的經(jīng)驗(yàn)。提升學(xué)生對電磁場與波的學(xué)習(xí)興趣,實(shí)現(xiàn)探究性學(xué)習(xí),創(chuàng)造性學(xué)習(xí)。
用麥克斯韋方程的工程應(yīng)用技術(shù),采用特制的無源發(fā)光電磁波感應(yīng)器,使抽象的“電磁波”看得見、摸得著,電波傳播眼見為實(shí),幫助學(xué)生建立空間形象;有效化解感念抽象于形象,化物理現(xiàn)象模糊于具體,改變實(shí)驗(yàn)呆板、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單調(diào)。使知識認(rèn)知可視化、知識應(yīng)用自主化能建立趣味化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系性設(shè)計。建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)互動平臺,拓展類實(shí)驗(yàn)有助于老師和學(xué)生圍繞知識能力發(fā)揮和運(yùn)用,形成富有特色的新成果。
二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
實(shí)驗(yàn)1、電磁波及傳播特性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1、通過電磁感應(yīng)裝置的設(shè)計,了解麥克斯韋電磁感應(yīng)定理的內(nèi)容;
2、理解電磁波輻射原理;了解電磁感應(yīng)的原理及作用,
3、理解電場與磁場的相互關(guān)系,通過接收裝置來驗(yàn)證電磁場的存在。
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1、認(rèn)識電磁波實(shí)驗(yàn)
2、場矢量認(rèn)知實(shí)驗(yàn)
3、位移電流驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
4、可視化電磁波感應(yīng)器制作實(shí)驗(yàn)
5、輻射衰減規(guī)律實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)2、電磁波極化特性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1、電磁波的偏振現(xiàn)象的產(chǎn)生,觀察極化現(xiàn)象;
2、完全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(chǎn)生及其特點(diǎn);
4、研究制作的電磁波感應(yīng)器的極化特性,進(jìn)行極化特性實(shí)驗(yàn);
5、通過試驗(yàn)加深對電磁波極化特性的理解。
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1、構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺
2、垂直與水平極化電磁波實(shí)驗(yàn)
3、左旋圓極化電磁波實(shí)驗(yàn)
4、極化軸比實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)3、電磁波反射與行駐波特性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
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(jié)、駐波的測量進(jìn)一步認(rèn)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(jié)點(diǎn)與波幅點(diǎn)的產(chǎn)生。
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn);
3、左旋圓極化波反射合成與行駐波特性;
實(shí)驗(yàn)4、電磁波反射特性實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1、研究電磁波的反射現(xiàn)象的產(chǎn)生,驗(yàn)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(diǎn)
3、通過試驗(yàn)加深對電磁波極化特性的理解
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1、垂直或水平極化波斜入射到導(dǎo)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(dǎo)體平面的反射波;
實(shí)驗(yàn)5、電磁波邊界條件實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1、研究電磁波的邊界條件實(shí)驗(yàn);
2、研究電磁波傳播路經(jīng)上遇到不同物質(zhì)的透射現(xiàn)象;
3、通過試驗(yàn)加深對電磁波傳播特性的理解;
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1、垂直極化波垂直入射到水平縫隙導(dǎo)體平面的透射波;
2、垂直極化波垂直入射到垂直縫隙導(dǎo)體平面的透射波;
3、左旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導(dǎo)體平面的透射波;
4、右旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導(dǎo)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(shí)驗(yàn)6、接收天線互耦實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
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(shí)驗(yàn)項(xiàng)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(shí)驗(yàn)7、電磁波對不同物質(zhì)的透射實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1、研究電磁波對不同媒質(zhì)的透射實(shí)驗(yàn);
2、研究電磁波傳播路經(jīng)上遇到不同物質(zhì)的透射現(xiàn)象;
3、通過試驗(yàn)加深對電磁波傳播特性的理解;
實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1、垂直極化波垂直入射到導(dǎo)體平面;
2、垂直極化波垂直入射到有機(jī)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(dǎo)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(shí)驗(yàn)8、電磁輻射原理實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
1、認(rèn)識天線的作用與地位。
2、深刻理解電磁輻射與天線的關(guān)系。
3、掌握理解電磁輻射的基本要素。
實(shí)驗(yàn)9、天線方向圖繪制實(shí)驗(yàn)
實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>
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(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1、用LED燈的測量顯示天線E面方向圖強(qiáng)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(qiáng)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。