實驗一電磁波感應器的設計與製作
實驗二電磁波傳播特性實驗
實驗三電磁波的極化實驗
實驗四天線方向圖測量實驗
實驗一電磁波感應器的設計與製作
一、預習要求
1、什麼是法拉第電磁感應定律？
2、什麼是電偶極子？
3、了解線天線基本結構及其特性。
二、實驗目的
1、認識時變電磁場，理解電磁感應的原理和作用。
2、通過電磁感應裝置的設計，初步了解天線的特性及基本結構。
3、理解電磁波輻射原理。
三、實驗原理
隨時間變化的電場要在空間產生磁場，同樣，隨時間變化的磁場也要在空間產生電場。電場和磁場構成了統一的電磁場的兩個不可分割的部分。能夠輻射電磁波的裝置稱為天線，用功率訊號發生器作為發射源，通過發射天線產生電磁波。
圖1 電磁感應裝置
如果將另一付天線置於電磁波中，就能在天線體上感生高頻電流，我們可以稱之為接收天線，接收天線離發射天線越近，電磁波功率越強，感應電動勢越大。如果用小功率的白熾燈泡接入天線饋電點，能量足夠時就可使白熾燈發光。接收天線和白熾燈構成乙個完整的電磁感應裝置，如圖1所示。
電偶極子是一種基本的輻射單元，它是一段長度遠小於波長的直線電流元，線上的電流均勻同相，乙個作時諧振蕩的電流元可以輻射電磁波，故又稱為元天線，元天線是最基本的天線。電磁感應裝置的接收天線可採用多種天線形式，相對而言效能優良，但又容易製作，成本低廉的有半波天線、環形天線、螺旋天線等，如圖2所示。
圖2 接收天線
本實驗重點介紹其中的一種─—半波天線。
半波天線又稱半波振子，是對稱天線的一種最簡單的模式。對稱天線（或稱對稱振子）可以看成是由一段末端開路的雙線傳輸線形成的。這種天線是最通用的天線型式之一，又稱為偶極子天線。
而半波天線是對稱天線中應用最為廣泛的一種天線，它具有結構簡單和饋電方便等優點。
半波振子因其一臂長度為，全長為半波長而得名。其輻射場可由兩根單線駐波天線的輻射場相加得到，於是可得半波振子（）的遠區場強有以下關係式：
式中，為方向性函式，對稱振子歸一化方向性函式為：
其中是的最大值。
由上式可畫出半波振子的方向圖如圖3所示。
圖3 半波振子的方向圖
半波振子方向函式與無關，故在h面上的方向圖是以振子為中心的乙個圓，即為全方向性的方向圖。在e面的方向圖為8字形，最大輻射方向為，且只要一臂長度不超過，輻射的最大值始終在方向上；若繼續增大l，輻射的最大方向將偏離方向。
四、實驗內容與步驟
1、開啟功率訊號發生器電源開關，signal燈亮，機器工作正常，按下tx按鈕，觀察功率指示表有一定偏轉，此時standby燈亮，說明發射正常。
2、用金屬絲製作天線體，用螺絲固定於感應燈板（或電流錶檢波板）兩端，並安放到測試支架上，調節感應板的角度，使其與發射天線的極化方向一致。調節測試支架滑塊到最右端，按下功率訊號發生器上tx按鈕，同時移動測試支架滑塊，靠近發射天線，直到小燈剛剛發光時，記錄下滑塊與發射天線的距離。
3、改變天線振子的長度，重複上面過程，記錄資料。
4、選用其它天線形式製作感應器，重複上面過程，記錄資料。
五、注意事項
1、按下tx按鈕時，若alarm紅色告警燈亮，應立即停止發射，檢查電纜線與發射天線介面是否旋緊，其餘介面是否用封閉帽蓋上，output介面與電纜是否接好，或請老師檢查。否則會損壞機器。
2、測試感應器時，不能將感應燈靠近發射天線的距離太小，否則會燒毀感應燈。（置於20cm以外，或視感應燈亮度而定）。
3、儘量減少按下tx按鈕的時間，以免影響其它小組的測試準確性。
4、測試時盡量避免人員走動，以免人體反射影響測試結果。
六、報告要求
1、按照標準實驗報告的格式和內容完成實驗報告。
2、製作兩種以上天線，觀察接收效果。畫出天線形狀，記錄接收距離。
3、對實驗中的現象分析討論。
4、提出改進意見及建議。
七、接收天線參考形狀
實驗二電磁波傳播特性實驗
一、預習要求
1、什麼是麥可遜干涉原理？它在實驗中有哪些應用？
2、駐波的產生原理及其特性。
二、實驗目的
1、學習了解電磁波的空間傳播特性。
2、通過對電磁波波長、波幅、波節、駐波的測量，進一步認識和了解電磁波。
三、實驗原理
變化的電場和磁場在空間的傳播稱為電磁波。幾列不同頻率的電磁波在同一媒質中傳播時，幾列波可以保持各自的特點（波長、波幅、頻率、傳播方向等），在同時通過媒質時，在幾列波相遇或疊加的區域內，任一點的振動為各個波單獨在該點產生振動的合成。而當兩個頻率相同、振動方向相同、相位差恆定的波源所發出的波疊加時，在空間總會有一些點振動始終加強，而另一些點振動始終減弱或完全抵消，因而形成干涉現象。
干涉是電磁波的乙個重要特性，利用干涉原理可對電磁波傳播特性進行很好的探索。而駐波是干涉的特例。在同一媒質中兩列振幅相同的相干波，在同一直線上反向傳播時就疊加形成駐波。
由發射天線發射出的電磁波，在空間傳播過程中可以近似看成均勻平面波。此平面波垂直入射到金屬板，被金屬板反射回來，到達電磁波感應器；直射波也可直接到達電磁波感應器，這兩列波將形成駐波，兩列電磁波的波程差滿足一定關係時，在感應器位置可以產生波腹或波節。
設到達電磁感應器的兩列平面波的振幅相同，只是因波程不同而有一定的相位差，電場可表示為：
其中是因波程差而造成的相位差。
則當相位差時，合成波的振幅最小，的位置為合成波的波節；相位差時，合成波的振幅最大，的位置為合成波的波腹。
實際上到達電磁感應器的兩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單列波的振幅值，合成波的波節值也不是恰好為零。
根據以上分析，若固定感應器，只移動金屬板，即只改變第二列波的波程，讓駐波得以形成，當合成波振幅最小（波節）時：
當合成波振幅最大（波腹）時：
此時合成波振幅最大到合成波振幅最小（波腹到波節）的最短波程差為，若此時可動金屬板移動的距離為，則：
即：可見，測得了可動金屬板移動的距離，代入式中便確定電磁波波長。
四、實驗內容及步驟
實驗裝置如圖4所示。
圖4 電磁波教學綜合實驗儀
1、將設計製作的電磁波感應器（天線）安裝在可旋轉支臂上，調節其角度與發射天線的極化方向一致，再將支臂滑塊移到距離發射天線分別為30 cm、35cm、40cm刻度處。
2、開啟電磁波教學綜合實驗儀開關（power），按tx按鈕，此時發射天線板已有電磁波發射出來。
3、移動反射板，觀察天線上的燈是否有明暗變化。如果沒有，檢查天線角度是否與發射天線極化方向一致；如果還沒有明暗變化，再將支臂滑塊移到距離發射天線近一點。
4、如系統正常工作，從遠而近移動反射板，使燈泡明暗變化。以燈泡明暗度判斷波節（波腹）的出現。
先將天線固定於位置1，由遠而近移動反射板，記錄下燈泡兩個相鄰最亮時反射板位置的座標（波腹點），其距離即為。再將天線固定於位置2，重複上述過程。最後將天線固定於位置3，重複上述過程。
將測量數記入下表：
五、注意事項
1、按下tx按鈕時，若alarm紅色告警燈亮，應立即停止發射，檢查電纜線與發射天線介面是否旋緊，其餘介面是否用封閉帽蓋上，output介面與電纜是否接好，或請老師檢查。否則會損壞儀器。
2、測試感應器時，不能將感應燈靠近發射天線的距離太小，否則會燒毀感應燈。（置於20cm以外，或視感應燈亮度而定）。
3、儘量減少按下tx按鈕的時間，以免影響其它小組的測試準確性。
4、測試時盡量避免人員走動，以免人體反射影響測試結果。
六、報告要求
1、按照標準實驗報告的格式和內容完成實驗報告。
2、用自製的接收天線，分別用白熾燈和電流錶測量電磁波的波長，並計算出電磁波的頻率。
3、對實驗中的現象分析討論，並對實驗誤差產生的原因進行分析。
4、提出改進意見及建議。
實驗三電磁波的極化實驗
一、預習要求
1、什麼是電磁波的極化？它具有什麼特點？
2、了解各種常用天線的極化特性。
3、天線特性與發射（接收）電磁波極化特性之間的有什麼關係？
二、實驗目的
1、研究幾種極化波的產生及其特點。
2、製作電磁波感應器，進行極化特性實驗，與理論結果進行對比、討論。
3、通過實驗，加深對電磁波極化特性的理解和認識。
三、實驗原理
電磁波的極化是電磁理論中的乙個重要概念，它表徵在空間給定點上電場強度向量的取向隨時間變化的特性，並用電場強度向量e的端點在空間描繪出的軌跡來表示。由其軌跡方式可得電磁波的極化方式有三種：線極化、圓極化、橢圓極化。
極化波都可看成由兩個同頻率的直線極化波在空間合成，如圖5所示。設兩線極化波沿正z方向傳播，乙個的極化取向在x方向，另乙個的極化取向在y方向。若x在水平方向，y在垂直方向，這兩個波就分別為水平極化波和垂直極化波。
圖5 電磁波的極化方式
若：水平極化波
垂直極化波
其中、分別是水平極化波和垂直極化波的振幅，是超前的相角（水平極化波取為參考相面）。
取的平面分析，有：
綜合得：
式中、、為水平極化波和垂直極化波的振幅、和相角有關的常數。
此式是個一般化橢圓方程，它表明由、合成的電場向量終端畫出的軌跡是乙個橢圓。在滿足不同條件時，形成三種極化波。
1、當兩個線極化波同相或反相時，其合成波是乙個線極化波。
2、當兩個線極化波振幅相等，相位相差時，其合成波是乙個圓極化波。
3、當兩個線極化波振幅不等或相位差不為時，其合成波是乙個橢圓極化波。
實驗一所設計的半波振子天線接收（發射）的波為線極化波；而最常用的接收（發射）圓極化波或橢圓極化波的天線為螺旋天線。實際上一般螺旋天線在軸線方向不一定產生圓極化波，而是橢圓極化波。當單位長度的螺圈數n很大時，發射（接收）的波可看作是圓極化波。
極化波需要重視的是極化的旋轉方向問題。一般規定：面對電磁波傳播的方向（無論是發射或接收），電場沿順時針方向旋轉的波稱為右旋圓極化波，反時針方向旋轉的波稱為左旋圓極化波。
右旋螺旋天線發射或接收右旋圓極化波效果較好，左旋螺旋天線發射或接收左旋圓極化波效果較好。螺旋天線繞向的判斷方法：沿著天線輻射方向，當天線的繞向符合右手螺旋定則時，為右旋圓極化，反之為左旋圓極化。
電磁場於電磁波指導書
第二章靜電場 重點和難點 電場強度及電場線等概念容易接受，重點講解如何由物理學中積分形式的靜電場方程匯出微分形式的靜電場方程，即散度方程和旋度方程，並強調微分形式的場方程描述的是靜電場的微分特性或稱為點特性。利用亥姆霍茲定理，直接匯出真空中電場強度與電荷之間的關係。通過書中列舉的4個例子，總結歸納出...
電磁場於電磁波指導書
第八章平面電磁波 重點和難點 本章是時變電磁場的重要內容。應將理想介質中的平面波的傳播特性，極化特性，以及平面邊界上的反射和透射等內容作為重中之重。講解傳播特性時，著重介紹波動方程解的物理意義，從相位變化的角度理解頻率和波長的物理含義，以及傳播速度。介紹均勻平面波 非均勻平面波和tem波等概念，以及...
電磁場與電磁波實驗指導列印版
目錄實驗一 gunn振盪器 1 實驗二 調製器和晶體檢波器 8 實驗三 波導內的傳播型別 波長和相位速度 15 實驗四 微波器件引數的測量 q值和諧振腔的頻寬 21 實驗五 微波器件引數的測量 駐波比的測量 26 實驗六 微波器件引數的測量 阻抗測量 30 1 實驗目的 本實驗的目的是學習微波訊號源...