天线与电波传播实验一
《电波与天线》课程教学大纲
《电波与天线》课程教学大纲课程英文名称：Antenna and Radio Wave Propagation课程编号：0701040 学分：2.5 学时：40一、课程教学对象：信息工程学院：通信工程、物联网专业的本科生。
二、课程性质及教学目的：《电波与天线》是通信及电子类专业学生的的一门很重要技术基础课，本课程着重介绍有关天线与电波传播的基本理论。
天线和电波传播特性对于无线通信、广播、定位和遥测等系统的正常工作具有很大的影响。
例如，无线通信系统的传播距离不仅取决于发送设备的输出功率、接收设备的接收灵敏度和信噪比，还取决于天线的性能和电波的传播特性。
在研究电子产品的干扰和抗干扰性能及电磁环境特性时，都需要用到天线和电波传播的基础知识。
充分掌握这些内容，可以帮助其他相关课程（如通信、微波技术、电视技术）的学习。
三、对先修知识的要求学生在学习本课之前，应先修课程：电路分析、电磁场与电磁波、电动力学、电子测量等基础课程。
注：知识点中粗体字部分为本课程的重点或难点（按照本课程知识体系列出知识模块及知识点，其中重点或难点用粗体字标注；要求按“了解（C）”、“熟悉（B）”、“熟练掌握（A）”三个层次描述学生对知识点应达到的要求；学习方式可分为课堂讲授、自学辅导、课堂讨论或分组讨论等；课外学习要求可按照知识模块或知识点提出撰写专题论文、调研报告、完成综合性作业或设计等要求，一般性的课外作业不在此列) （五号字）四、建议使用教材及参考书《电波与天线》，李莉，科学出版社，教学委员会推荐教材。
参考教材：[1]《天线与电波传播理论》，闻映红，清华大学出版社，高等学校电子信息类系列教材。
[2]《天线与电波传播》，宋铮等，西安电子科技大学出版社[3]《天线与电波传播》，王增和，机械工业出版社[4]《天线与电波》，周朝栋，西安电子科技大学出版社五、课程考核方式撰写课程论文（70%）+平时作业成绩及考勤（30%）六、课内实验（实训）环节及要求（8学时）。
高中物理电磁波实验教案
高中物理电磁波实验教案
实验目的：通过实验探究电磁波的传播特性，并了解电磁波的波长、频率以及传播速度等特性。
实验材料：
1. 电磁波发射器
2. 接收天线
3. 波长测量仪
4. 频率计
5. 示波器
6. 信号发生器
7. 电缆连接线
实验步骤：
1. 将电磁波发射器与接收天线连接，并将接收天线连接至示波器。
2. 开启示波器，调节适当的测量范围，确保能够正确显示电磁波信号。
3. 用波长测量仪测量电磁波的波长，并记录下结果。
4. 用频率计测量电磁波的频率，并记录下结果。
5. 调节信号发生器的频率，观察电磁波的传播速度变化，并记录数据。
6. 分析实验数据，得出电磁波的传播特性。
实验注意事项：
1. 实验中需要注意安全，避免电器设备损坏或人员受伤。
2. 实验过程中需准确测量数据，保证实验结果的准确性。
3. 实验结束后，及时清理实验现场，并保持实验设备的完好。
实验总结：
通过本实验的探究，加深了对电磁波的传播特性的理解。
电磁波的频率、波长以及传播速度对电磁波的传播有重要影响，为进一步研究电磁波的应用提供了基础。
天线与电波传播试验指导书天线与电波传播试验一辐射波幅值分布
天线与电波传播实验指导书天线与电波传播实验一辐射波幅值分布方向性测试一、实验目的1•掌握微波信号发生器及测量放大器的使用方法；2•了解水平面接收天线方向性的测量方法。
二、实验仪器1•标准信号发生器： YM1123或XB9A2.选频放大器： YM3892或XF— 013.喇叭天线4.波导调配器5.可变衰减器6 .波导元件三、实验原理及步骤对于辐射波传输方式，最重要的是测试其辐射场幅值分布的方向性，其表征量是天线方向函数及方向图。
1.系统组成图1-1 系统组成原理框图2 .喇叭天线工程上常用的喇叭天线是角锥喇叭，原因是其匹配较好而效率接近100% （G- D）。
但是由于其口径场的幅值、相位不是均匀分布，虽然其辐射主向仍是口径面法线方向（波导轴线方向），但是主瓣宽度、方向系数的计算很复杂。
可用以下公式进行估算：E面（yoz面）主瓣宽度电子与通信工程实验室= 53—"OSE（ 1-1）bH面（xoz面）主瓣宽度天线与电波传播实验指导书2%5H =80 —a i(1-2 )= 0.51 4二(1-3) 方向系数（最佳尺寸的角锥喇叭）图1-2是角锥喇叭的三维标高方向图。
具体参数喇叭口径a1=5.5入，6=2.75入；波导口径a =0.5入，b =0.25入；虚顶点至口径面距离j 1 =出=6入。
图1-2 角锥喇叭的三维标高方向图图1-3为本实验所用喇叭天线示意图: E面八-mMHfjt-趴 e ■ 0° *:相对提幅图1-3 实验所用喇叭天线电子与通信工程实验室3•测水平面接收天线方向性图1-1为测量喇叭天线方向性的系统组成情况。
测量时改变接收喇叭天线的方位角，可测出喇叭天线水平面的方向性（按接收到信号的强弱）。
严格的测量应在微波暗室中进行，这样可以消除反射波影响。
但在微波段，因其传播方向性较强，而且房屋墙壁吸收较强，地面影响也可略去，因而这样在普通实验室内测量偏差也不很大。
测天线方向图应有专用天线转台，它有精确的角度（水平面方位角，垂直面俯仰角）刻度指示。
电磁场与电磁波实验指导书(参考)
电磁场与电磁波实验指导书目录实验一电磁波感应器的设计与制作实验二电磁波传播特性实验实验三电磁波的极化实验实验四天线方向图测量实验实验一电磁波感应器的设计与制作一、预习要求1、什么是法拉第电磁感应定律？2、什么是电偶极子？3、了解线天线基本结构及其特性。
二、实验目的1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用。
2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。
3、理解电磁波辐射原理。
三、实验原理随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。
电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。
能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。
图1 电磁感应装置如果将另一付天线置于电磁波中，就能在天线体上感生高频电流，我们可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，感应电动势越大。
如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。
接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁感应装置，如图1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，如图2所示。
图2 接收天线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/4λ，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 λ=4）的远区场强有以下关系式：()cos(cos )sin I I E f r rθπθθ==60602 式中，()f θ为方向性函数，对称振子归一化方向性函数为：()()maxcos(cos )sin f F f θθπθθ==2 其中max f 是()f θ的最大值。
研究电磁波传播的传输线实验
研究电磁波传播的传输线实验电磁波传输线实验是一种常用的物理实验，在研究电磁场和电磁波传播方面具有重要的应用价值。
本文将从定律、实验准备、实验过程以及实验的应用和其他专业性角度进行详细解读。
一、基本原理与定律电磁波传输线实验基于电磁场和电磁波传播的相关定律，主要包括麦克斯韦方程组和特定介质中的电磁波方程。
1. 麦克斯韦方程组：麦克斯韦方程组是电磁场理论的基石，包括四个方程：高斯定律、法拉第定律、安培定律和电磁感应定律。
这些定律描述了电场和磁场随时间和空间变化的规律。
2. 电磁波方程：电磁波方程是麦克斯韦方程组的一个解，它描述了电磁场在特定介质中的传播行为。
电磁波方程的解是电磁波，它具有波动性质和传播性质。
二、实验准备在进行电磁波传输线实验前，需要准备以下实验器材和材料：1. 信号源和接收器：用于产生和接收电磁波信号的设备。
常用的信号源包括导线、信号发生器和天线等。
2. 传输线：用于传输电磁波信号的导线或线缆。
可以选择不同类型的传输线，如同轴电缆、双绞线和光纤等。
3. 测量仪器：用于测量电磁波信号的参数，例如信号的频率、幅度、相位和传输特性等。
常用的测量仪器有频谱分析仪、示波器和网络分析仪等。
4. 辅助器材：如电源、接线板、连接线、电容器和电阻等，用于组成电路和调节信号参数。
三、实验过程电磁波传输线实验的具体操作步骤如下：1. 实验装置搭建：根据实验要求，搭建相应的电路和传输线连接。
将信号源和接收器连接到传输线的两端，并设置适当的电源和辅助器材。
2. 设置实验参数：调节信号源的频率、幅度和相位等参数，以产生所需的电磁波信号。
可以通过示波器或频谱分析仪等测量仪器监测和调节信号的相关参数。
3. 测量实验数据：使用测量仪器测量传输线中电磁波信号的传输特性。
例如，可以通过网络分析仪测量反射系数、传输损耗和相移等参数。
4. 分析和记录实验结果：根据测量结果，分析电磁波在传输线中的传播行为，并记录实验数据、图表和结论等。
电磁 实验报告
电磁实验报告电磁实验报告引言：电磁是物理学中一个重要的概念，它涉及到电场和磁场的相互作用。
本次实验旨在通过一系列实验，探究电磁现象的基本原理和特性。
实验中我们将使用一些基础设备，如电磁铁、电磁感应装置等，来观察和测量电磁现象，并通过数据分析来验证电磁理论。
实验一：电磁铁的磁场强度测量在这个实验中，我们将使用一个电磁铁和一个磁力计来测量电磁铁产生的磁场强度。
首先，我们将电磁铁通电，然后将磁力计放置在不同的位置，并记录磁力计的示数。
通过这些数据，我们可以绘制出电磁铁产生的磁场强度随距离的变化曲线。
实验结果显示，电磁铁的磁场强度与距离的平方成反比关系，验证了电磁铁的磁场强度与距离的关系。
实验二：电磁感应现象的观察在这个实验中，我们将使用一个线圈和一个磁铁来观察电磁感应现象。
当我们将磁铁靠近线圈时，线圈内将会产生电流。
通过改变磁铁和线圈的相对运动速度，我们可以观察到电流的大小和方向的变化。
实验结果显示，电流的大小与磁铁和线圈的相对运动速度成正比，而电流的方向则取决于磁铁和线圈的相对运动方向。
这个实验验证了电磁感应现象的基本原理，即磁场的变化可以诱导出电流。
实验三：电磁波的传播实验在这个实验中，我们将使用一对天线来观察电磁波的传播现象。
首先，我们将一个天线连接到一个发射器上，另一个天线连接到一个接收器上。
然后，我们将发射器激活，发射电磁波。
通过调整发射器和接收器之间的距离，我们可以观察到接收器上的信号强度的变化。
实验结果显示，电磁波的强度随距离的增加而减弱，验证了电磁波的传播规律。
实验四：电磁辐射的防护实验在这个实验中，我们将使用一个电磁辐射计来测量电磁辐射的强度，并探究一些常见的电磁辐射防护方法。
首先，我们将电磁辐射计放置在一个电磁辐射源附近，记录下辐射计的示数。
然后，我们采取一些防护措施，如使用屏蔽材料、增加距离等，再次测量辐射计的示数。
通过对比两次测量结果，我们可以评估不同防护方法的有效性。
实验结果显示，屏蔽材料和增加距离都可以有效减少电磁辐射的强度，从而保护人体免受电磁辐射的危害。
物理电磁波实验操作
物理电磁波实验操作教案：物理电磁波实验操作引言：电磁波实验是物理学中非常重要的实验之一，通过实验可以帮助学生深入理解电磁波的特性和行为。
本教案将带领学生进行一系列电磁波实验操作，通过实践提高他们的实验操作能力，并深入了解电磁波的本质。
一、实验目的及原理电磁波实验有助于学生了解和掌握电磁波的基本概念、性质及其在实际应用中的作用。
通过实验，帮助学生理解电磁波的产生、传播和检测原理，培养学生的实验操作能力和科学研究精神。
二、实验设备和材料1.示波器2.信号源3.RLC电路实验箱4.导线、电阻、电容等元件5.射频信号发生器6.天线和接收器三、实验步骤1. 实验一：电磁波传播特性1. 首先，将示波器和信号源连接起来，调节信号源的频率和幅度使其适合示波器的测量范围。
2. 将示波器探头近似垂直地放置在几个不同物体附近，观察并记录示波器显示的电磁波信号的变化。
3. 分析不同物体对电磁波的吸收、反射和传播的影响，并结合实验结果，解释电磁波的传播特性。
2. 实验二：电磁波的频率和波长1. 首先，将RLC电路实验箱中的电容和电感连接起来，并调节电路参数使之满足谐振条件。
2. 使用示波器测量电路中电压和电流的相位差，并通过计算电容和电感的数值，计算电磁波的频率和波长。
3. 分析振荡电路中频率和波长的关系，并进一步探讨电磁波的特性。
3. 实验三：接收和检测电磁波1. 首先，将射频信号发生器连接到天线上，并调节信号源的频率和幅度。
2. 使用接收器接收并解调电磁波信号，并通过示波器观察和记录接收到的信号波形。
3. 通过实验结果分析电磁波的接收和检测过程，并深入了解调制、解调和调制幅度的原理。
四、实验结果及分析1. 分析电磁波传播特性的实验结果，讨论不同物体对电磁波的吸收、反射和传播的影响，探究电磁波传播的机理。
2. 计算电磁波的频率和波长，并分析振荡电路中频率和波长的关系，深入理解电磁波的特性。
3. 结合接收和解调实验结果，了解电磁波的接收、检测和调制原理，探索电磁波在通信中的应用。
天线与电波传播_完整版
Hertz ，KIT的教授 无线电之父
赫兹实验的无线电系统
在远场区
§1.1 辅助函数法
Er E
0
jA
E
jA
E
jA
H 1rˆEjrˆA
天线辐射问题分析过程
§1.2 电基本振子
什么是电基本振子？ 一段通有高频电流的直导线，当导线长度远远小于
波长时，该导线被称为电基本振子。 当： l/1 , 可近似地认为导线上每一点的电 流都是等幅同相的。
电基本振子天线结构
，是从空间耦合到天线终端的电阻，与天线结构自身的任何电 阻无关。
12
天线与电波传播
第一章 电磁场方程及其解
Maxwell方程
Maxwell方程
§1.1 辅助函数法
E
B 法拉第定律
H
t J
D
安培定律
D
t
电高斯定律
B
0 磁高斯定律
A 0
B H A
H
1
A
A －磁矢量位函数
4
sห้องสมุดไป่ตู้
Js
x
,
y
,
z
e
jkR
R
ds
－面电流
A
4
c
Ie
x
,
y ,
z
e jkR R
dl
－线电流
远场辐射，忽略高阶项 1 n 2,3,4,
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实验报告实验一测量线法测量线式天线输入阻抗
使用仪器型号和编号：
（1）同轴测量线：型号（TC8D ）和编号（051 ）；
（2）信号发生器：型号（XBT ）和编号（860234 ）；
（3）选频放大器：型号（XF-01 ）和编号（820591 ）；
（4）被测天线负载组别（第4组）；
一．波导波长测量（采用交驻读数法）
(1)测量读数
L1A =(111.17 )mm; L2A =(121.35 ) mm; LminA =(116.26 )mm;
L1B =(162.90)mm; L2B =(190.1)mm; LminB =(176.50)mm;
= 2| LminA - LminB |= (120.48) mm; 频率换算f = （2.49）GHz；
(2) 测量读数
L1A =(66.08)mm; L2A =(90.56) mm; LminA =(78.32)mm;
L1B =(125.00)mm; L2B =(150.68)mm; LminB =(137.84)mm;
= 2| LminA - LminB |= (119.05 ) mm; 频率换算f = （2.52）GHz；
(3) 测量读数
L1A =( 133.64 )mm; L2A =( 138.98 ) mm; LminA =( 136.31 )mm;
L1B =( 192.18 )mm; L2B =( 199.72 )mm; LminB =( 195.95 )mm;
= 2| LminA - LminB |= ( 119.28 ) mm; 频率换算f = （ 2.515 ）GHz；
(4)计算平均值
g = (119.60) mm; 换算频率f = （2.508）GHz；
二．绘画晶体管定标曲线
三．测量计算L min
被测天线长度Lx
（1）L1 =（28）mm；（2）L2 =（25）mm；（3）L3 =（23）mm；
向负载方向，ρ1=（ 3.6 ）；向负载方向，ρ2=（3.3 ）；向负载方向，ρ3=（3 ）；
Lmin =（17.4 ）mm；Lmin =（37.0）mm；Lmin =（42.5 ）mm；
四．阻抗圆图法求Z min
1．阻抗圆图计算阻抗
（1）L1 =（28）mm=（0.232）λG；（2）L2 =（25）mm=（0.207）λG；（3）L3 =（23）mm=（0.191）λG；向负载方向，ρ1=（3.6）；向负载方向，ρ2=（3.3）；向负载方向，ρ3=（3）；
Zmin1 =（0.7-j1.05）Ω；Zmin2 =（1.5+1.5j）Ω；Zmin3 =（0.8+j）Ω；
（10）根据计算数据绘制SMITH阻抗圆图：
2．公式法计算阻抗验算
（1）L1 =（28）mm=（0.232）λG；（2）L2 =（25）mm=（0.207）λG；（3）L3 =（23）mm=（0.191）λG；
向负载方向，ρ1=（3.6）；向负载方向，ρ2=（3.3）；向负载方向，ρ3=（3）；
Zmin1 =（0.65-j*1.04）Ω；Zmin2 =（1.5+1.46j）Ω；Zmin3 =（0.73+j0.94 ）Ω；
（10）根据计算数据绘制SMITH阻抗圆图：
五．实验分析
（1）根据上述的阻抗测量方法，分析测量中可能产生的误差，讨论减少误差的方法；
答：本次实验用到了大量的测量仪器，不管是从仪器本身还是从主观读数来看，误差都是在所难免的，现在误差总结如下：
1、仪器固有误差：实验中我们用到了很多仪器，这些设备普遍比较陈旧，有一定得老化，并
且测量是，2.5GHZ频率经常有跳变。
因此，仪器本身测量的精确性受到了一定得限制，这
也给最终结果的准确性造成了一定得影响。
另外焊接天线的手艺不同，裁剪天线时的人品
等也是不可控的，造成天线的物理参数与理论值有误差。
2、读数的误差：实验中我们进行许多参数的测量，如波导波长的测量、Lmin的测量计算、天
线长度的测量等。
而在测量这些参数时，我们凭肉眼观察的读数也是有误差的，并且不能
严格保证游标卡出的读数与测量表的读数不能严格同步，导致读数误差。
3、作图的误差：实验中我们也用到了Smith圆图，而在用smith圆图进行读数计算的时候也
是存在偏差的。
减小误差的方法：
1、更高精度的仪器。
这是从仪器固有误差方面来考虑的，比如2.5GHZ的跳变只发生在实
验室的某一种类型的机器，而另一台机器没有这种情况。
2、细心焊接，小心剪裁。
实际上天线焊接的好坏是很影响测量结果的，并且，剪裁的水平也
影响测量值。
所以，在焊接时应注意接触良好，同时避免短路的情况，剪裁时不要大意。
3、多次测量取平均值。
一次读数，误差可能比较大，因此我们可以采取多读几组取平均值的
方法来减小误差，而实际上我们所采用的交驻法本身就是一种减小误差的测量方法。
由于
波节点尖锐，一般测量两波节点间的距离，减少人为误差。
4、操作准确。
减少回程差等人为操作误差，并且测量时选择适当的量程。
在读数时，尽量保
证细心移动游标卡尺，不至于错过表盘的极值点，从而读数准确。
5、增加1kHz调制。
在接收端采用选频放大器对信号进行识别，提高抗干扰的能力。
（2）被测量天线的电尺寸（L1，L2，L3…L8，L9）变化对其输入阻抗的影响；
答：测量的数据如下表所示：。
根据理论分析，天线输入阻抗的虚部在λ/4处最小，趋于0，大于或者小于λ/4，虚部的绝对值都将增大。
在测量的几个数据中，当L1=28mm时，虚部为-1.04，而当L1=23mm时，虚部为+1.23，两次值跨过了零点，说明λ/4谐振点发生在这两点之间，这在smith圆图也能直观的观察出来。
由于天线的长度控制的不够好，没能测到λ/4谐振点。
但是整体阻抗值与天线电长度的变化趋势还是可以看出来的。
综合起来，可以得到以下三条结论：
1、λ/4时呈现0电抗，即纯阻状态；
2、λ/4弱将呈现负电抗，即容性状态；
3、λ/4强将呈现正电抗，即感性状态。
六．实验意见与建议
上了一个学期的天线课，被天线理论弄的昏头昏脑，也不知道天线究竟是个什么样子。
通过本次实验，终于揭开了天线的神奇面纱。
本次实验，使我增加了动手能力，如焊天线时的谨慎，剪裁天线时的细心。
还有移动游标卡尺读数时的纠结，都极大的锻炼了我的意志。
通过实验，我进一步了解了输入阻抗与天线长度的关系。
天线在λ/4处谐振，电抗最小，这也是我们所希望的点。
而容性、感性在什么位置，我们也清晰的看到了。
虽然由于RP原因，导致没有找到谐振点，但是我们喜悦的发现了这些规律，收获颇丰。
实验中，有一个纠结的问题就是，2.5GHZ点总是在变，这让我们组陷入了长期的崩溃，而另一组的仪器却可以锁定频率。
差之毫厘谬以千里，我们组很长一段时间由于频率跳变导致读数摇摆不定，浪费了许多时间，只好等到另外一组做完才搞定，因此我建议多增加几套设备，减少这种不可控因素。
另外，也希望以后的天线课多增加类似的实验，在某种程度上，这使我们更能学到知识。