2018電磁場電磁波實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

1、實(shí)驗(yàn)一電磁感應(yīng)定律的驗(yàn)證一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過電磁感應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)，了解麥克斯韋電磁感應(yīng)定律的內(nèi)容2、了解半波天線感應(yīng)器的原理及設(shè)計(jì)方法3、天線長短與電磁波波長的接收匹配關(guān)系二、預(yù)習(xí)要求1、麥克斯韋電磁理論的內(nèi)容2、什么是電偶極子？3、了解線天線基本結(jié)構(gòu)及其特性三、實(shí)驗(yàn)儀器HD-CB-IV電磁場電磁波數(shù)字智能實(shí)訓(xùn)平臺(tái)：1套電磁波傳輸電纜：1套平板極化天線：1副半波振子天線：1副感應(yīng)燈泡：1個(gè)四、實(shí)驗(yàn)原理麥克斯韋電磁理論經(jīng)驗(yàn)定律包括：靜電學(xué)的庫侖定律，涉及磁性的定律，關(guān)于電流的磁性的安培定律，法拉第電磁感應(yīng)定律。麥克斯韋把這四個(gè)定律予以綜合，導(dǎo)出麥克斯韋方程，該方程組系統(tǒng)而完整地概括了電磁場的基本規(guī)

2、律，并預(yù)言了電磁波的存在。麥克斯韋提出的渦旋電場和位移電流假說的核心思想是：變化的磁場可以激發(fā)渦旋電場，變化的電場可以激發(fā)渦旋磁場；電場和磁場不是彼此孤立的，它們相互聯(lián)系、相互激發(fā)組成一個(gè)統(tǒng)一的電磁場。下面我們通過制作感應(yīng)天線體，來驗(yàn)證電磁場的存在。如圖示：電偶極子是一種基本的輻射單元，它是一段長度遠(yuǎn)小于波長的直線電流元，線上的電流均勻同相，一個(gè)作時(shí)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(yīng)裝置的接收天線可采用多種天線形式，相對(duì)而言性能優(yōu)良，但又容易制作，成本低廉的有半波天線、環(huán)形天線、螺旋天線等。本實(shí)驗(yàn)重點(diǎn)介紹其中的一種半波天線。半波天線又稱半波振子，是對(duì)稱

3、天線的一種最簡單的模式。對(duì)稱天線(或稱對(duì)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(duì)稱天線中應(yīng)用最為廣泛的一種天線，它具有結(jié)構(gòu)簡單和饋電方便等優(yōu)點(diǎn)。半波振子因其一臂長度為九/4，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，于是可得半波振子(L=九/4)的遠(yuǎn)區(qū)場強(qiáng)有以下關(guān)系式：|E|=60Imcos(ncos0/2)/R。sin0=60Im/R。|f(0)|式中，f(0)為方向函數(shù)。對(duì)稱振子歸一化方向函數(shù)為|F(0)|=|f(0)|/fmax=|cos(ncos0/2)/sin0|其中fmax是f(0)

4、的最大值。由上式可畫出半波振子的方向圖如下:圖半波艇子的方向圏半波振子方向函數(shù)與屮無關(guān)，故在H面上的方向圖是以振子為中心的一個(gè)圓，即為全方性的方向圖。在E面的方向圖為8字形，最大輻射方向?yàn)?=n/2,且只要一臂長度不超過0.625九，輻射的最大值始終在0=n/2方向上；若繼續(xù)增大L，輻射的最大方向?qū)⑵x0=n/2方向。五、實(shí)驗(yàn)步驟（一）測量電磁波發(fā)射頻率1、用N型電纜直接將“輸出口1”連接至“功率頻率檢測口”。2、在液晶界面上同時(shí)顯示出發(fā)射功率及頻率。3、已知電磁波發(fā)射源的頻率F,求得波長：入二V光，比如，電磁波發(fā)射源頻率為900MHz,則：入=*光=3*108/900*106=0.33m.半

5、波天線長L=0.165m則兩端子分別均為0.165/2=8.25cm4，電磁波波長也可由液晶界面波長計(jì)算公式直接計(jì)算得出。（二）制作半波振子天線1、剪下一段銅絲，按計(jì)算得到尺寸剪下2段銅絲。2、將銅絲末端漆刮掉，保持良好導(dǎo)電。3、將天線安裝到轉(zhuǎn)盤上，這時(shí)就完成了半波天線的制作。4、其他天線方法同上。（三）驗(yàn)證麥克斯韋電磁理論，電磁場的存在1、按下發(fā)射開關(guān)，將“輸出口2”與極化天線通過SMA電纜相連，電磁波經(jīng)傳輸電纜，經(jīng)天線發(fā)射后在空中傳輸2、燈泡被點(diǎn)亮，驗(yàn)證了電磁場的存在。六、注意事項(xiàng)1、漆包線銅絲需將末端的漆刮掉，保持導(dǎo)電性良好。2、銅絲避免彎折。七、報(bào)告要求1、按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式和內(nèi)容

6、完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；2、完成數(shù)據(jù)運(yùn)算及整理；3、更換天線種類進(jìn)行制作；實(shí)驗(yàn)二電場中位移電流的測試及計(jì)算一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、認(rèn)識(shí)時(shí)變電磁場，理解電磁感應(yīng)的原理和作用2、理解電磁波輻射原理3、了解位移電流的概念二、預(yù)習(xí)要求1、什么是法拉第電磁感應(yīng)定律？2、半波振子天線的原理。三、實(shí)驗(yàn)儀器HD-CB-IV電磁場電磁波數(shù)字智能實(shí)訓(xùn)平臺(tái)：1套檢波器：1只微安表頭：1只電磁波傳輸電纜：1套平板極化天線：1副半波振子天線：1副四、實(shí)驗(yàn)原理隨時(shí)間變化的電場要在空間產(chǎn)生磁場，同樣，隨時(shí)間變化的磁場也要在空間產(chǎn)生電場。電場和磁場構(gòu)成了統(tǒng)一的電磁場的兩個(gè)不可分割的部分。能夠輻射電磁波的裝置稱為天線，用功率信號(hào)發(fā)生器作為發(fā)射源

7、，通過發(fā)射天線產(chǎn)生電磁波。如果將另一副天線置于電磁波中，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(fā)射天線越近，電磁波功率越強(qiáng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。如果用小功率的白熾燈泡接入天線饋電點(diǎn)，能量足夠時(shí)就可使白熾燈發(fā)光。接收天線和白熾燈構(gòu)成一個(gè)完整的電磁感應(yīng)裝置。當(dāng)越靠近發(fā)射天線，燈泡被點(diǎn)的越亮。越遠(yuǎn)離天線，燈泡越暗。五、實(shí)驗(yàn)步驟一）裝置白熾燈泡1、用SMA電纜連接“輸出口2”和極化天線（可先選擇A端口垂直極化），將電磁波信號(hào)輸送到極化天線上發(fā)射出去。2、按下機(jī)器供電開關(guān)，機(jī)器工作正常，按下功率“發(fā)射開關(guān)”，綠色發(fā)射指示燈亮，說明發(fā)射正常。3、半波天線的長度計(jì)算方法（也可由液晶界面直

8、接顯示）：已知電磁波發(fā)射源的頻率F,求得波長：入=V光，比如，電磁波發(fā)射源頻率為900MHz,則：入=光=3*108/900*106=0.33m.半波天線長L=0.165m則兩端子分別均為0.165/2=8.25cm下面開始制作天線。注意：（天線端口與支撐金屬片固定端的銅絲上的絕緣漆要刮）4、用金屬絲（銅絲）制作典型的半波天線，安裝于感應(yīng)燈板兩端，豎直固定到測試支架上，將滑塊移動(dòng)置極化天線端（最左端）歸零，此時(shí)液晶顯示讀數(shù)0.00。調(diào)節(jié)測試支架滑塊到離發(fā)射天線40cm左右，按下功率信號(hào)發(fā)生器上發(fā)射按鈕，白熾燈被點(diǎn)亮。5、開始移動(dòng)測試支架滑塊（向靠近極化天線方向移動(dòng)），直到小燈剛剛發(fā)光時(shí)，直接在

9、顯示器上讀取滑塊與發(fā)射天線的距離并記錄。6、改變天線振子的長度，重復(fù)上面過程，記錄數(shù)據(jù)，總結(jié)得出天線長度與燈泡亮暗的關(guān)系。7、設(shè)計(jì)制作其它天線形式制作感應(yīng)器，重復(fù)上面過程，記錄數(shù)據(jù)。次數(shù)123天線長度an二）裝置檢波二極管1、將感應(yīng)板換成檢波裝置，（燈泡變成了檢波二極管）。置于旋轉(zhuǎn)支架上。2、用金屬絲（銅絲）制作典型的半波天線，安裝于檢波板兩端，豎直固定到測試支架上，將滑塊移動(dòng)置極化天線端（最左端）歸零，此時(shí)液晶顯示讀數(shù)0.000調(diào)節(jié)測試支架滑塊到離發(fā)射天線40cm左右，通過SMA連接線將檢波電流送至“檢波電流輸入”端口，同時(shí)將主機(jī)后開關(guān)切換至“電流輸入”。按下功率信號(hào)發(fā)生器上發(fā)射按鈕，指針開

10、始偏轉(zhuǎn)。記錄數(shù)值。3、慢慢向極化天線方向移動(dòng)，記錄下距離數(shù)值及電流大小，記錄數(shù)值。五、注意事項(xiàng)1、按下機(jī)器供電開關(guān)，機(jī)器工作正常，按下功率發(fā)射按鈕，發(fā)射指示燈亮，說明發(fā)射正常。2、滑動(dòng)感應(yīng)器及反射板應(yīng)緩慢，切忌過快影響實(shí)驗(yàn)效果和讀數(shù)。3、測試感應(yīng)器時(shí)，不能將感應(yīng)燈靠近發(fā)射天線的距離太近，否則會(huì)燒毀感應(yīng)燈。（置于15cm以外，或視感應(yīng)燈亮度而定）4、盡量減少按下發(fā)射按鈕的時(shí)間，以免影響其它小組的測試準(zhǔn)確性。5、測試時(shí)盡量避免人員走動(dòng)，以免人體反射影響測試結(jié)果。六、報(bào)告要求1、按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；2、完成數(shù)據(jù)運(yùn)算及整理；3、對(duì)實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象分析討論。實(shí)驗(yàn)三電磁波的偏振及極化測試

11、一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、電磁波的偏振現(xiàn)象的產(chǎn)生2、完全偏振波與合成偏振波的定義3、研究線性極化波的產(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)，與理論結(jié)果進(jìn)行對(duì)比、討論；5、通過實(shí)驗(yàn)加深對(duì)電磁波極化特性的理解和認(rèn)識(shí)。二、預(yù)習(xí)要求1、什么是電磁波的偏振？它具有什么特點(diǎn)？2、了解各種常用天線的極化特性；3、天線特性與發(fā)射（接收）電磁波極化特性之間的有什么關(guān)系？三、實(shí)驗(yàn)儀器HD-CB-IV電磁場電磁波數(shù)字智能實(shí)訓(xùn)平臺(tái)：1套水平極化天線：1副垂直極化天線：1副電磁波傳輸電纜：1根微安表：1只燈泡：1只四、實(shí)驗(yàn)原理首先我們說的偏振應(yīng)該稱為完全偏振波，即波中只有一個(gè)方向的振動(dòng)（線偏，電磁波

12、里叫線極化），也有兩個(gè)方向合成的（圓偏振，橢圓偏振）。自然光里的電磁波可以理解為是在各個(gè)方向上線偏振光的均勻疊加。如果這種變化具有確定的規(guī)律，就稱電磁波為極化電磁波（簡稱極化波）。如果極化電磁波的電場強(qiáng)度始終在垂直于傳播方向的（橫）平面內(nèi)取向，其電場矢量的端點(diǎn)沿一閉合軌跡移動(dòng)，則這一極化電磁波稱為平面極化波。電場的矢端軌跡稱為極化曲線，并按極化曲線的形狀對(duì)極化波命名。天線的極化，就是指天線輻射時(shí)形成的電場強(qiáng)度方向。當(dāng)電場強(qiáng)度方向垂直于地面時(shí)，此電波就稱為垂直極化波；當(dāng)電場強(qiáng)度方向平行于地面時(shí)，此電波就稱為水平極化波。由于電波的特性，決定了水平極化傳播的信號(hào)在貼近地面時(shí)會(huì)在大地表面產(chǎn)生極化電流，

13、極化電流因受大地阻抗影響產(chǎn)生熱能而使電場信號(hào)迅速衰減，而垂直極化方式則不易產(chǎn)生極化電流，從而避免了能量的大幅衰減，保證了信號(hào)的有效傳播。因此，在移動(dòng)通信系統(tǒng)中，一般均采用垂直極化的傳播方式。電磁波的極化是電磁理論中的一個(gè)重要概念，它表征在空間給定點(diǎn)上電場強(qiáng)度矢量的取向隨時(shí)間變化的特性，并用電場強(qiáng)度矢量E的端點(diǎn)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(gè)同頻率的直線極化波在空間合成,如圖所示，兩線極化波沿正Z方向傳播，一個(gè)的極化取向在X方向，另一個(gè)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(gè)波就分別為水平極化波和垂直

14、極化波。F傳播片向若：水平極化波E=Esin(wt-kz)垂直極化波E=Exxmyymsin(wt-kz+S)其中Exm、Eym分別是水平極化波和垂直極化波的振幅，&是Ey超前Ex的相角(水平極化波取為參考相面)。取Z=0的平面分析，有Ex=Exmsin(wt)E=Esin(wt+S)yym綜合得aEx2-bExEy+cEy2=1式中a、b、c為水平極化波和垂直極化波的振幅Exm、Eym和相角&有關(guān)的常數(shù)。此式是個(gè)一般化橢圓方程，它表明由Ex、Ey合成的電場矢量終端畫出的xy軌跡是一個(gè)橢圓。所以：當(dāng)兩個(gè)線極化波同相或反相時(shí)，其合成波是一個(gè)線極化波；當(dāng)兩個(gè)線極化波相位差為刀/2時(shí)

15、，其合成波是一個(gè)橢圓極化波；當(dāng)兩個(gè)線極化波振幅相等，相位相差刀/2時(shí)，其合成波是一個(gè)圓極化波。實(shí)驗(yàn)一所設(shè)計(jì)的半波振子接收（發(fā)射）的波為線極化波，而最常用的接收（發(fā)射）圓極化波或橢圓極化波的天線即為螺旋天線。實(shí)際上一般螺旋天線在軸線方向不一定產(chǎn)生圓極化波，而是橢圓極化波。當(dāng)單位長度的螺圈數(shù)N很大時(shí)，發(fā)射（接收）的波可看作是圓極化波。極化波的一個(gè)需要重視的地方是極化的旋轉(zhuǎn)方向問題。一般規(guī)定：面對(duì)電波傳播的方向（無論是發(fā)射或接收），電場沿順時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的波稱為右旋圓極化波。右旋螺旋天線只能發(fā)射或接收右旋圓極化波，左旋螺旋天線只能發(fā)射或逆時(shí)針方向旋轉(zhuǎn)的波稱為左旋圓極化波接收左旋圓極化波。判斷方法：沿著

16、天線輻射方向，當(dāng)天線的繞向符合右手螺旋定則時(shí)，為右旋圓極化，反之為左旋圓極化。五、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示：1、將一副發(fā)射極化天線架設(shè)在發(fā)射支架上，連接好發(fā)射電纜，開啟實(shí)驗(yàn)平臺(tái)開關(guān)，將“輸出口2”連接到極化天線上。按下發(fā)射開關(guān)，綠色指示燈亮，代表正常工作。2、將制作的線極化的電磁波感應(yīng)器安裝在測試支架上，分別設(shè)置成垂直、水平、斜45度三種位置，按下發(fā)射按鈕，并移動(dòng)感應(yīng)器滑塊，觀察燈泡達(dá)到同等亮度時(shí)與發(fā)射天線的距離，并記錄數(shù)據(jù)3、更換不同的發(fā)射天線類型，重復(fù)以上步驟，記錄測試數(shù)據(jù)。4、分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，判斷各發(fā)射天線發(fā)出的電磁波的極化形式。天線形式距離（cm）水平垂直45度V形天線1環(huán)形天線2八木

17、天線3半波天線45、也可接檢波裝置，觀測不同極化時(shí)的檢波電流大小。（有興趣的同學(xué)，可用這種方式記錄數(shù)據(jù)，從而畫出半波天線的方向圖）。六、注意事項(xiàng)1、按下機(jī)器供電開關(guān)，機(jī)器工作正常，按下功率發(fā)射按鈕，發(fā)射指示燈亮，且液晶界面顯示發(fā)射狀態(tài)，說明發(fā)射正常。2、滑動(dòng)感應(yīng)器及反射板應(yīng)緩慢，切忌過快影響實(shí)驗(yàn)效果和讀數(shù)。3、測試感應(yīng)器時(shí)，不能將感應(yīng)燈靠近發(fā)射天線的距離太近，否則會(huì)燒毀感應(yīng)燈。（置于15cm以外，或視感應(yīng)燈亮度而定）4、實(shí)驗(yàn)前，按規(guī)定執(zhí)行清零操作，方便讀數(shù)記錄。5、避免與相鄰小組同時(shí)按下發(fā)射按鈕，盡量減少按下發(fā)射按鈕的時(shí)間，以免相互影響測試準(zhǔn)確性。6、測試時(shí)盡量避免人員走動(dòng)，以免人體反射影響測

18、試結(jié)果。七、報(bào)告要求1、按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；2、完成數(shù)據(jù)運(yùn)算及整理，依據(jù)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析電磁波的極化形式；3、討論電磁波不同極化收發(fā)的規(guī)律；實(shí)驗(yàn)四天線方向圖的測試（功率測試法）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解八木天線的基本原理2、了解天線方向圖的基本原理。3、用功率測量法測試天線方向圖以了解天線的輻射特性。二、預(yù)習(xí)內(nèi)容1、熟悉天線的理論知識(shí)2、熟悉功率計(jì)的測試方法三、實(shí)驗(yàn)儀器HD-CB-IV電磁場電磁波數(shù)字智能實(shí)訓(xùn)平臺(tái)2套八木天線：2副電磁波傳輸電纜：2根四、實(shí)驗(yàn)原理八木天線的概念：由一個(gè)有源半波振子，一個(gè)或若干個(gè)無源反射器和一個(gè)或若干個(gè)無源引向器組成的線形端射天線。八木天線有很好的方

19、向性，較偶極天線有高的增益。用它來測向、遠(yuǎn)距離通信效果特別好。方向圖是表征表示場強(qiáng)對(duì)方位角變化的極性圖形，在本實(shí)驗(yàn)中，接收端用功率計(jì)來測量接收天線的輻射特性。連接示意圖：五、實(shí)驗(yàn)步驟首先將八木天線分別固定到支架上，平放至標(biāo)尺上，距離保持在1米以上（一）發(fā)射端1、將八木天線固定在發(fā)射支架上。2、將“輸出口1”連接至發(fā)射的八木天線。3、電磁波經(jīng)定向八木天線向空間發(fā)射。二）接收端1、接收端天線連接至“頻率功率檢測”，測量接收功率。2、調(diào)節(jié)發(fā)射與接收天線距離，使其滿足遠(yuǎn)場條件。3、將兩根天線正對(duì)保持0度。4、記錄下天線的接收功率值。5、轉(zhuǎn)動(dòng)接收天線，變換接收天線角度，記錄下天線接收功率值。6、旋轉(zhuǎn)36

20、0度后，記錄下轉(zhuǎn)動(dòng)角度值及相應(yīng)角度下接收天線功率值7、填寫下表。天線轉(zhuǎn)動(dòng)角度接收天線功率值0°10°20°30°40°50°60°70°80°90°100°110°120°130°140°150°天線轉(zhuǎn)動(dòng)角度接收天線功率值-0°-10°-20°-30°-40°-50°-60°-70°-80°-90°-100°-110°

21、-120°-130°-140°-150°160°170°180°-160°-170°8、打點(diǎn)法在下圖中標(biāo)出每個(gè)點(diǎn)的位置：14040150L70電壓0ISO-10-160-150100兇迪斜QII_1111-100-90-30160卜注：1、功率最大圈OdBm,-3dBm,-6dBm,-9dBm,依次遞減。2、連接每個(gè)點(diǎn)，畫出天線的主瓣及旁瓣。六、注意事項(xiàng)1、設(shè)置好方向后,無需按發(fā)射開關(guān)（此時(shí)選擇小功率發(fā)射）。2、發(fā)射時(shí)避免人員走動(dòng),減少實(shí)驗(yàn)誤差。3、天線之間距離保持在1米以上。選作一電磁波的邁克爾遜干涉一

22、、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、學(xué)習(xí)了解電磁場電磁波的空間傳播特性；2、通過對(duì)電磁場電磁波波長、波幅、波節(jié)、駐波的測量進(jìn)一步認(rèn)識(shí)和了解電磁場電磁波3、利用相干波原理測量波長二、預(yù)習(xí)要求1、什么是邁克爾遜干涉原理？它在實(shí)驗(yàn)中有哪些應(yīng)用？2、駐波的產(chǎn)生原理及其特性；三、實(shí)驗(yàn)儀器HD-CB-IV電磁場電磁波數(shù)字智能實(shí)訓(xùn)平臺(tái)：1套極化天線：1副金屬反射板：1塊有機(jī)玻璃板（選配）1塊電磁波傳輸電纜：1根半波振子天線：1副微安表頭：1只燈泡：1只四、實(shí)驗(yàn)原理變化的電場和磁場在空間的傳播稱為電磁波，幾列電磁波同時(shí)在同一介質(zhì)中傳播時(shí)，幾列波可以保持各自的特點(diǎn)（波長、波幅、頻率、傳播方向等）同時(shí)通過介質(zhì)，在幾列波相遇或疊加的區(qū)域

23、內(nèi)，任一點(diǎn)的振動(dòng)為各個(gè)波單獨(dú)在該點(diǎn)產(chǎn)生的振動(dòng)的合成。而當(dāng)兩個(gè)頻率相同、偏振相同、相位差恒定的波源所發(fā)出的波的疊加時(shí)在空間總會(huì)有一些點(diǎn)振動(dòng)始終加強(qiáng)，而另一些點(diǎn)振動(dòng)始終減弱或完全抵消，因而形成干涉現(xiàn)象。干涉是電磁波的一個(gè)重要特性，利用干涉原理可對(duì)電磁波傳播特性進(jìn)行很好的探索。而駐波是干涉的特例。在同一媒質(zhì)中兩列振幅相同的相干波，在同一直線上反向傳播時(shí)就疊加形成駐波。由發(fā)射天線發(fā)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(dá)電磁波感應(yīng)器；直射波也可直接到達(dá)電磁波感應(yīng)器。這兩列波將形成駐波，兩列電磁波的波程差滿足一定關(guān)系時(shí)，在感應(yīng)器位置可以產(chǎn)生波

24、腹或波節(jié)。設(shè)到達(dá)電磁感應(yīng)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：Ex=Emcos(wt-kz)Ey=Emcos(wt-kz+S)其中&=pZ是因波程差而造成的相位差，則當(dāng)相位差&=pZi=2nn(n=0,1,2)時(shí)，合成波的振幅最大，Z1的位置為合成波的波腹；相位差&=pZ2=2nn+n(n=0,1,2)時(shí)，合成波的振幅最小，Z?的位置為合成波的波節(jié)。實(shí)際上到達(dá)電磁感應(yīng)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(jié)值也不是恰好為零。根據(jù)以上分析,若固定感應(yīng)器，只移動(dòng)金屬板，即只改變第二列波的波程，讓

25、駐波得以形成，當(dāng)合成波振幅最大(波腹)時(shí)：Zi=2nn/0=n入當(dāng)合成波振幅最小(波節(jié))時(shí)：Z2=(2nn+n)/0=(n+1/2)入此時(shí)合成波振幅最大到合成波振幅最小(波腹到波節(jié))的最短波程差為入/2,若此時(shí)可動(dòng)金屬板移動(dòng)的距離為則2AL=入/2即入=4AL可見,測得了可動(dòng)金屬板移動(dòng)的距離代入式中便確定電波波長。了解下面兩個(gè)概念：波節(jié)：駐波在空間內(nèi)特定量振幅為最小值處的點(diǎn)。波幅：駐波在空間內(nèi)特定量振幅為最大值處的點(diǎn)。下面通過實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象來分析駐波的產(chǎn)生，及電磁波波長的測試方法。五、實(shí)驗(yàn)步驟實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示：1、用SMA連接電纜連接“輸出口2”和極化天線口，將電磁波信號(hào)輸送到極化天線上。將感應(yīng)天線

26、滑至極化天線最左端，實(shí)施清零操作(液晶顯示界面顯示0.00）。2、將設(shè)計(jì)制作的電磁波感應(yīng)器半波天線感應(yīng)天線安裝在可旋轉(zhuǎn)支架上，先將其垂直放置，再將支臂滑塊緩慢移到距離發(fā)射天線25-30cm刻度處；3、按下發(fā)射旋鈕，此時(shí)已有電磁波發(fā)射出來，燈泡被點(diǎn)亮（亮暗程度不一樣）；4、移動(dòng)反射板，看半波天線上燈是否有明暗變化，如果沒有或亮暗不明顯，將感應(yīng)天線往極化天線方向移動(dòng)少許距離，如果還沒明暗變化，再檢查天線及其他方面；5、如系統(tǒng)正常工作，注意：將反射板移動(dòng)至感應(yīng)器一端，實(shí)施清零操作，此時(shí)液晶顯示界面顯示0.00.繼而從遠(yuǎn)而近移動(dòng)可動(dòng)反射板，使燈泡明暗變化以燈泡明暗度判斷波節(jié)（波腹）的出現(xiàn)。再由近而遠(yuǎn)移

27、動(dòng)反射板，并讀取最初燈泡最亮?xí)r反射板位置的坐標(biāo)X1及燈泡最暗時(shí)反射板位置的坐標(biāo)X2；繼續(xù)測第二次燈泡最亮?xí)r反射板位置的坐標(biāo)X1及燈泡最暗時(shí)反射板位置的坐標(biāo)X2；由最亮到最暗，最暗到最亮，如此反復(fù)，記下測得的最亮次數(shù)i，將測量數(shù)記入下表：例如：按下發(fā)射開關(guān)，移動(dòng)反射板，記錄下白熾燈最亮?xí)r的刻度值：X,繼續(xù)向前移動(dòng)白熾燈，記錄下白熾燈最暗時(shí)的刻度：X2，則2（Xi-X2）=1/2入，計(jì)算出電磁波波長入=4（X1-X2）,同時(shí)可計(jì)算出電磁波F=V光/4（Xi-X2）注意：多記錄幾組數(shù)據(jù)，求平均之值后再計(jì)算波長。6、也可換上檢波裝置，這時(shí)可觀測指針是左右來回?cái)[動(dòng)，這時(shí)記錄下指針最大時(shí)的距離值，指針最小

28、時(shí)的距離值。實(shí)驗(yàn)步驟與上面相同，多記錄幾組數(shù)據(jù)求得平均值，從而計(jì)算波長大小。7，將金屬反射板換成玻璃板，觀測實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象。六、注意事項(xiàng)1、按下機(jī)器供電開關(guān)，機(jī)器工作正常，按下發(fā)射開關(guān)，綠色發(fā)射指示燈亮，說明發(fā)射正常。2、滑動(dòng)感應(yīng)器及反射板應(yīng)緩慢，切忌過快影響實(shí)驗(yàn)效果和讀數(shù)。3、測試感應(yīng)器時(shí)，不能將感應(yīng)燈靠近發(fā)射天線的距離太小，否則會(huì)燒毀感應(yīng)燈。（置于15cm以外，或視感應(yīng)燈泡亮度而定）4、實(shí)驗(yàn)前，按規(guī)定執(zhí)行清零操作，方便記錄數(shù)值。5、盡量減少按下發(fā)射按鈕的時(shí)間，以免影響其它小組的測試準(zhǔn)確性。6、測試時(shí)盡量避免人員走動(dòng)，以免人體反射影響測試結(jié)果。七、報(bào)告要求1、按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告的格式和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報(bào)

29、告；2、完成數(shù)據(jù)運(yùn)算及整理，計(jì)算出電磁波波長；3、對(duì)實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象分析討論，并對(duì)實(shí)驗(yàn)誤差產(chǎn)生的原因進(jìn)行分析。選作二電磁波的頻率功率測試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解電磁波的頻率分類2、電磁波頻率功率的測試方法3、功率頻率的單位轉(zhuǎn)換二、預(yù)習(xí)要求1、電磁波功率的單位及轉(zhuǎn)換關(guān)系2、電磁波的頻率單位及轉(zhuǎn)換關(guān)系3、了解電磁波的概念三、實(shí)驗(yàn)儀器HD-CB-IV電磁場電磁波數(shù)字智能實(shí)訓(xùn)平臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理電磁波是物體所固有的發(fā)射和反射在空間傳播交變的電磁場的物理量。電磁輻射可以按照頻率分類，從低頻率到高頻率，包括有無線電波、微波、紅外線、可見光、紫外光、X-射線和伽馬射線等。電磁波是電磁場的一種運(yùn)動(dòng)形態(tài)。變化的電場會(huì)產(chǎn)生磁場（電流會(huì)產(chǎn)生磁場），變化的磁場則會(huì)產(chǎn)生電場。而變化的電磁場在空間的傳播形成了電磁波。1864年，英國科學(xué)家麥克斯韋在總結(jié)前人研究電磁現(xiàn)象的基礎(chǔ)上，建立了完整的電磁波理論。他斷定電磁波的存在，推導(dǎo)出電磁波與光具有同樣的傳播速度。1887年德國物理學(xué)家赫茲實(shí)驗(yàn)證實(shí)了電磁波的存在。1898年，馬可尼又進(jìn)行了許多實(shí)驗(yàn)，不僅證明光是一種電磁波，而且發(fā)現(xiàn)了更多形式的電磁波，它們的本質(zhì)完全相同，只是波長和頻率有很大的差別。電磁波