电磁波的天线与传播实验研究
电磁场与电磁波教学实验指导书.docx
电磁场与电磁波教学实验指导书“电磁场与电磁波”是理工科院校电子信息类专业一门重要的专业基础课。
由于该课程核心的基本概念、基本理论和分析方法都很重要，而且系统性、理论性很强，因此在学习木课程时，开设必要的实验课，使抽象的概念和理论能形象化、具体化，对学生加深理解和深刻地掌握基木理论和分析方法，培养学生分析问题和解决问题的能力都是十分有益的。
做好本课程的实验，是学好本课程的必要的教学辅助环节。
同学们在做每个实验之前，一定要仔细阅读教材和实验指导书。
了解和熟悉实验设备、弄懂实验原理和实验目的、明确实验方法和实验步骤、并牢记和关注意事项，以使各实验得以安全、顺利地完成。
实验过程中耍按实验步骤耍求进行操作，认真观察实验现象，详细、规范地记录实验数据。
实验完成后，要认真分析实验结果，详细地写出实验报告。
实验仪器JMX-JY-002电磁波综合实验仪一、概述电磁波综合实验仪，提供了一种融验证与设计为一体的电磁波实验的新方法和装置。
它能使学生通过应用木发明方法和装置进行电磁场与电磁波实验，透彻地了解法拉第屯磁感应定律、屯偶极子、天线基木结构及其特性等重要知识点，使学生直观形象地认识时谐电磁场，深刻理解电磁感应的原理和作用，深刻理解电偶极子和电磁波辐射原理，掌握电磁场和电磁波测量技术的原理和方法，帮助学生建立电磁波的形象化思维方式，加深和加强学生对电磁波产生、发射、传输和接收过程及和关特性的认识，培养学牛对电磁波分析和电磁波应用的创新能力。
UMX-JY-002电磁波综合实验仪》在001型基础上，添加了对天线不同极化角度的测量，学生通过测量，可绘制不同极化天线的方向图，使得学生对电磁波的感受更加深刻。
二、特点1、理论与实践结合性强2、直接面向《屯磁场与波》的课程建设与改革需耍，紧密配合教学大纲，使课堂环节与实验坏节紧密结合。
3、针对重要知识点“电磁场与电磁波”课堂教学环节长期存在难于直观表达的困难，形象地体验抽象的知识。
“天线与电波传播”课程教学改革思考与探索
180Internet Education互联网+教育一、引言天线是任何无线电子系统的重要组成部分，在整个系统中起到了能量转换的作用。
“天线与电波传播”课程是普通高等学校电子信息类专业的一门非常重要的专业基础课，也是通信、雷达、电子对抗等专业的必修课。
该课程以“高等数学”“场论”“电磁场与电磁波”等课程为先导，为“雷达原理”等专业背景课夯实理论基础，在高校人才培养体系中起着承上启下的作用。
课程内容主要分为两大部分，第一部分为天线的基本原理和各种典型天线的结构特点、辐射特性及应用；第二部分为电波传播，主要讲授不同传播方式的特点。
该课程理论性强，并且涉及大量公式、物理概念抽象，因此对学生的数学和物理功底要求较高，被普遍认为是一门“学生难学，老师难教”的课程。
如何让学生较好地学习并掌握本门课程的相关知识，教师作为整个知识传授过程中的引导者和课程的组织实施者，起着非常关键的作用。
通过近几年的“天线与电波传播”课程的教学实践，笔者认真思考并总结了在教学过程中出现的问题，并基于学生的学情和课程情况，积极探索课程教学方式方法的改革，以激发学生的学习热情，提高课程的教学质量和效果。
二、“天线与电波传播”课程教学存在的问题（一）教学内容与教学学时数的矛盾突出随着国家高等本科教学的改革和学科专业的优化调整，本科院校学生所学的课程总量普遍增加。
在总学时不变的情况下，大部分课程的学时数都进行了一定的压缩。
以“天线与电波传播”课程为例，经调整，课程学时数由50学时变为40学时，压缩了20%。
“天线与电波传播”课程作为通信、雷达等专业的主干课程，其教学目标是让学生在进入通信、雷达专业课程学习之前了解不同天线辐射特性以及不同电波传播方式的特点，因“天线与电波传播”课程教学改革思考与探索此该课程的知识点多且理论性强。
此外，新的人才培养方案更重视对学生实践能力的培养，课程教学形式由纯理论教学转变为理论和实践相结合，并逐步加重实践教学的权重，理论授课学时也将进一步压缩。
神奇的电磁科普揭秘电磁波的产生和传播
神奇的电磁科普揭秘电磁波的产生和传播电磁波是一种特殊的波动现象，是由电场和磁场相互作用而产生的波动现象。
电磁波在生活中扮演着重要的角色，例如，无线通信、电视、无线网络等都离不开电磁波的传播。
今天，我们将揭秘电磁波的产生和传播的奥秘。
一、电磁波的产生电磁波的产生有两种方式：通过电流和通过振荡器。
首先我们来看电流产生的电磁波。
1. 电流产生的电磁波当电流通过导体时，会形成电场和磁场。
当电流改变时，电磁场也会随之改变，从而产生电磁波。
这是由麦克斯韦方程组得出的结论。
电磁波的频率和波长与电流的频率和波长相关，通过调节电流的频率和波长，我们可以改变电磁波的特性。
2. 振荡器产生的电磁波振荡器是一种能够周期性地产生电磁波的装置，常见的振荡器包括天线、发射器等。
当振荡器被激发时，它会周期性地改变电场和磁场，从而产生电磁波。
不同种类的振荡器产生的电磁波具有不同的频率和波长。
二、电磁波的传播电磁波的传播是指电磁波从一个地点到另一个地点的传输过程。
电磁波的传播是通过振荡的电场和磁场相互作用而完成的。
1. 真空中的传播在真空中，电磁波的传播不受任何物质的阻挡。
电磁波在真空中传播的速度等于光速，约为3.00 × 10^8米/秒。
这是由于真空中没有任何粒子，电磁波能够不受阻碍地前进。
2. 介质中的传播当电磁波传播到介质中时，情况就有所不同了。
介质中的原子或分子会对电磁波进行吸收、散射和传播。
这导致了电磁波在介质中传播速度减小并发生折射的现象。
3. 折射现象当电磁波从一种介质进入另一种介质时，由于两种介质的光密度不同，电磁波会发生折射现象。
根据斯涅尔定律，入射角和折射角之间的正弦比等于两种介质的光密度之比。
这种折射现象解释了为什么将光线从水中引到空气中时，光线会发生弯曲的现象。
4. 散射现象当电磁波传播到物体的表面时，会与物体上的粒子发生作用。
这种作用导致电磁波在不同方向上的散射。
我们可以通过散射现象来观察到天空为什么是蓝色的。
电磁场与电磁波实验指导书
《电磁场与电磁波》实验指导说明书一*同轴测量线西华师范大学计算机学院目录第一部分产品说明 (3)一、系统简介 (2)二、系统特点 (2)三、系统组成 (2)四、性能指标 (3)五、系统主要部件参数 (3)第二部分实验内容 (6)实验一电磁波的频率和功率测试 (6)实验二电磁波感应器的设计与制作 (9)实验三位移电流的测试及计算 (12)实验四天线方向图的测试--功率测试法 (15)实验五电磁波波节、波幅及波长的测试 (20)实验六电磁波的极化实验 (24)实验七电磁波的PIN调制特性 (27)实验八天线方向图的测试一电压测试法 (30)实验九同轴测量线的驻波测试 (34)实验十反射系数及驻波相位的测试 (37)第三部分射频连接器示意图 (40)第一部分产品说明一、系统简介电磁场电磁波及天线技术是通信工程、电子工程、电磁场与电磁波、微波技术、天线技术类专业必不可少的一门实验课程，本系统包含功率测试、频率测试、方波信号产生，电磁波产生器、功率放大器、选频放大器等，具有电磁波极化特性测试，天线方向图测试、静电场中位移电流测试等多种功能，加深学生对电磁波产生（调制卜发射、传输和接收（检波）过程及终端设备相关特性的认识，培养学生对电磁场电磁波及天线的理解、应用创新能力。
二、系统特点1实验系统面向《电磁场与电磁波》的课程建设，紧密配合教学大纲，通过直观生动的实验现象及操作，完成对电磁场与电磁波相关特性的测试。
2、系统内置1kHz方波可调信号源、选频放大器，在完成对电磁波PIN调制功能的同时，可用于对天线方向图的测试，而无需选配其他实验装置。
3、本装置电磁波发射可选大功率或小功率2路输出，方便做不同实验时的自由切换，输出端口均为标准的N型接头。
4、采用数字显示方式，在提高准确性的基础上，更能方便感应器在任何位置归零，直接读取数值。
5、实验系统自带频率计及功率计，用于对发射电磁波频率、功率的测试及校准。
6、完成电磁波的极化特性测试、场电流的测试及终端天线增益的测试。
电磁波的散射与传播特性分析
电磁波的散射与传播特性分析电磁波是一种电场和磁场相互作用而产生的波动现象。
它具有很广泛的应用，如通信、雷达、无线电等。
在电磁波传播过程中，散射是一个重要的现象，它对电磁波的传播特性产生着显著影响。
散射是指电磁波在遇到物体表面或媒介边界时，由于物体的尺寸远小于波长，波长的数量级比物体要大得多，形成的散射现象。
根据散射物体大小与波长的比值，可以将散射分为几种类型。
当物体的尺寸远大于波长时，称为几何光学散射。
这种散射的特点是物体表面光滑，波长相对很小，电磁波的传播路径基本上符合直线传播的规律。
我们可以用光学几何理论来分析和描述几何光学散射。
几何光学散射常见的现象有光的反射和折射。
例如，当光线射到镜子上时，会发生反射；当光线从空气射入水中时，会发生折射。
当物体的尺寸与波长相当或稍大时，称为细长物体散射或多普勒散射。
这种散射的特点是物体表面有不规则或不均匀的纹理，波长相对较大，波传播时会发生折射、反射、透射等现象。
我们需要利用电磁波的细化理论、多普勒效应等来研究和解释细长物体散射现象。
细长物体散射在雷达应用中很常见，如飞机、船舶等的探测与追踪。
当物体的尺寸远小于波长时，称为细微结构散射。
这种散射的特点是物体表面存在微小的凹凸或不规则结构，波长相对非常大，电磁波的散射路径会发生非常复杂的变化，不能用几何光学和细化理论来描述。
我们需要借助计算机模拟、数值计算等方法来研究和解释细微结构散射现象。
细微结构散射在微波、毫米波领域具有重要应用价值，如雷达反射面的设计、天线结构的优化等。
电磁波在散射过程中还会产生其他现象，如散射衰减、散射相位等。
散射衰减是指在散射过程中，电磁波由于与物体或媒介发生相互作用而损失能量。
这种能量损失会引起电磁波的幅度衰减，导致信号强度降低。
散射相位是指在散射过程中，电磁波的相位发生变化。
这种相位变化会改变电磁波的传播速度和传播方向。
散射相位现象在光学中常常被用于干涉、衍射等研究。
除散射外，电磁波还可以通过传播介质传输。
天线的测试方法和原理
天线的测试方法和原理一、开头最近在研究天线的测试方法和原理，发现了一些挺有趣的事情呢。
天线这个东西啊，其实在我们日常生活中到处都是。
就像咱们家里的电视，没有天线（或者现在的数字天线设备），可能就收不到几个台，画面还模糊得不行。
这天线到底是怎么回事儿，它的测试方法背后又有哪些原理呢？今天来和大家好好聊一聊。
二、内容展开咱们先来说说天线的工作原理吧。
你可以简单把天线想象成是一个在无线世界里的“嘴巴”和“耳朵”。
它既能发送电波信号（说话），又能接收电波信号（听话）。
那这些电波信号其实就是一种看不见、摸不着的电磁波，就像海洋里的水波一样，在空气中传播。
当天线要发送信号的时候，就像我们在池塘里扔一颗小石子，会激起一圈圈的水波向四周扩散，天线就是这个把电信号以电磁波形式向外扩散的源头；而天线接收信号的时候呢，反过来看就像在水里放置了一个很灵敏的探测器，当那些水波（电磁波）碰到探测器（天线）的时候，就能获取振动的信息，天线就能接收到信号啦。
那怎么知道这个“嘴巴”和“耳朵”好不好使呢？这就涉及到天线的测试方法了。
比如在测量天线的增益这个指标时，说得直白一点，就是看这个天线是不是能让信号变得更强或者说收集信号的能力有多强。
这就好像你在一个很吵的地方听人说话，带一个好的助听器（类似好的天线在接收信号）就能让声音听起来更清楚，而这个助听器（天线）增强声音的程度就是增益的一个类似概念。
在测试的时候，我们会利用一些专业的仪器在特定的环境下进行测量。
说到这里，你可能会问，那什么叫做特定的环境啊？通常呢，在实验室测试天线的时候，要避免周围其他物体的干扰。
就像我们想要真正听到某个人说话，如果周围有太多杂音（其他干扰电波），那就很难分辨清楚了。
所以测试环境要尽量纯净。
比如说测试的场地周围可能会设置一些电磁屏蔽装置，防止外界电磁场的入侵。
其实我一开始也不明白为什么要花这么大力气搞测试环境，后来看到其实一旦有外界干扰，测试的数据就会偏差很大，得出来的结果就不准了。
浙江大学-电磁场与电磁波实验(第二次)
本科实验报告课程名称：电磁场与微波实验姓名：wzh学院：信息与电子工程学院专业：信息工程学号：xxxxxxxx指导教师：王子立选课时间：星期二9-10节2017年 6月17日CopyrightAs one member of Information Science and Electronic Engineering Institute of Zhejiang University, I sincerely hope this will enable you to acquire more time to do whatever you like instead of struggling on useless homework. All the content you can use as you like. I wish you will have a meaningful journey on your college life.——Wzh实验报告课程名称：电磁场与微波实验指导老师：王子立成绩：__________________实验名称： CST仿真、喇叭天线辐射特性测量实验类型：仿真和测量同组学生姓名：矩形波导馈电角锥喇叭天线CST仿真一、实验目的和要求1. 了解矩形波导馈电角锥喇叭天线理论分析与增益理论值基本原理。
2．熟悉 CST 软件的基本使用方法。
3．利用 CST 软件进行矩形波导馈电角锥喇叭天线设计和仿真。
二、实验内容和原理1. 喇叭天线概述喇叭天线是一种应用广泛的微波天线，其优点是结构简单、频带宽、功率容量大、调整与使用方便。
合理的选择喇叭尺寸，可以取得良好的辐射特性：相当尖锐的主瓣，较小副瓣和较高的增益。
因此喇叭天线在军事和民用上应用都非常广泛，是一种常见的测试用天线。
喇叭天线的基本形式是把矩形波导和圆波导的开口面逐渐扩展而形成的，由于是波导开口面的逐渐扩大，改善了波导与自由空间的匹配，使得波导中的反射系数小，即波导中传输的绝大部分能量由喇叭辐射出去，反射的能量很小。
北京邮电大学电磁场与电磁波实验报告
信息与通信工程学院电磁场与电磁波实验报告题目：校园无线信号场强特性的研究姓名班级学号序号指导老师：日期：2012年4月目录一、实验目的 (1)二、实验原理 (1)1、电磁波的传播方式 (1)2、尺度路径损耗 (1)3、阴影衰落 (2)4、建筑物的穿透损耗的定义 (3)三、实验内容 (3)四、实验步骤 (4)1、实验对象的选择 (4)2、数据采集 (5)3、数据录入 (5)4、数据处理 (6)五、实验结果与分析 (7)1、磁场强度地理分布 (7)2、磁场强度统计分布 (13)3、建筑物的穿透损耗 (18)六、问题分析与解决 (18)1、测量误差分析 (18)2、场强分布的研究 (19)七、分工安排 (19)八、心得体会 (19)九、附录：数据处理过程 (21)一、实验目的1. 掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确的测试方法；2. 研究校园内各种不同环境下阴影衰落的分布规律；3. 掌握在室内环境下场强的正确测量方法，理解建筑物穿透损耗的概念；4. 通过实地测量，分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系；5. 研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。
二、实验原理1、电磁波的传播方式无线通信系统是由发射机、发射天线、无线信道、接收机、接收天线所组成。
对于接受者，只有处在发射信号的覆盖区内，才能保证接收机正常接受信号，此时，电波场强大于等于接收机的灵敏度。
因此基站的覆盖区的大小，是无线工程师所关心的。
决定覆盖区的大小的主要因素有：发射功率，馈线及接头损耗，天线增益，天线架设高度，路径损耗，衰落， 接收机高度，人体效应，接收机灵敏度，建筑物的穿透损耗，同播，同频干扰等。
电磁场在空间中的传输方式主要有反射﹑绕射﹑散射三种模式。
当电磁波传播遇到比波长大很多的物体时，发生反射。
当接收机和发射机之间无线路径被尖锐物体阻挡时发生绕射。
当电波传播空间中存在物理尺寸小于电波波长的物体﹑且这些物体的分布较密集时，产生散射。
散射波产生于粗糙表面，如小物体或其它不规则物体﹑树叶﹑街道﹑标志﹑灯柱。
电磁波衍射效应
电磁波衍射效应电磁波衍射效应是电磁波传播过程中的一种现象。
当电磁波遇到障碍物或通过一个孔径时，会发生衍射现象，即波面的形状发生改变，并出现由波峰和波谷构成的衍射图样。
在本文中，将详细介绍电磁波衍射效应的原理、应用以及相关实验。
一、电磁波衍射原理1. 波动理论根据波动理论，当电磁波遇到障碍物时，波的传播路径会发生偏折。
这是由于波在遇到障碍物时，部分波源被遮挡而无法传播，而其他波源会绕过障碍物形成新的波前。
这种波前的重叠和干涉产生了衍射图样。
2. 卢瑟福衍射公式卢瑟福衍射公式描述了波的衍射图样的产生。
根据该公式，电磁波在通过一个孔径时，衍射图样的大小和形状取决于波长、孔径大小以及入射角度等因素。
当波长趋于无穷大时，衍射图样将变得非常狭窄并且几乎与孔径相同。
而当波长相对较小并且孔径较大时，衍射图样将变得宽阔且模糊。
二、电磁波衍射应用1. 天线设计与雷达技术电磁波衍射在天线设计和雷达技术中发挥着重要作用。
通过调整天线的形状和方向，可以实现对电磁波的衍射控制，从而改变信号的传播方向和范围。
雷达技术利用电磁波衍射来实现目标的侦测和定位。
2. 光学现象电磁波衍射在光学领域中也有广泛应用。
例如，光的衍射可以通过光栅实现对光的分光、它通过光的干涉实现对颜色的解析等。
这些应用都基于电磁波衍射现象的特性。
三、电磁波衍射实验1. 双缝实验双缝实验是电磁波衍射的经典实验之一。
在这个实验中，一个屏幕上有两个狭缝，通过这两个狭缝传入的电磁波形成一个衍射图样。
观察衍射图样可以帮助我们理解电磁波衍射效应的原理。
2. 单缝实验单缝实验是另一个常见的电磁波衍射实验。
与双缝实验类似，单缝实验中只有一个缝隙，通过这个缝隙传入的电磁波也会发生衍射。
通过测量衍射图样的大小和形状，可以验证卢瑟福衍射公式的准确性。
结论电磁波衍射效应是电磁波传播中一个重要的现象。
通过波动理论和卢瑟福衍射公式的解释，我们可以了解电磁波衍射的原理和特性。
电磁波衍射的应用十分广泛，包括天线设计、雷达技术和光学现象等。
《电磁波的发射、传播和接收》 教学设计
《电磁波的发射、传播和接收》教学设计一、教学目标1、知识与技能目标（1）了解电磁波的产生条件，知道电磁波是如何发射的。
（2）理解电磁波的传播特性，包括在不同介质中的传播速度和波长变化。
（3）掌握电磁波的接收原理，认识常见的接收设备。
2、过程与方法目标（1）通过实验和演示，培养学生的观察能力和分析问题的能力。
（2）通过对电磁波发射、传播和接收过程的探究，培养学生的科学思维和科学探究能力。
3、情感态度与价值观目标（1）激发学生对电磁波相关知识的兴趣，培养学生探索科学的精神。
（2）使学生认识到电磁波在现代通信中的重要作用，增强学生对科学技术的热爱。
二、教学重难点1、教学重点（1）电磁波的发射条件和调制方式。
（2）电磁波的传播特性，如波长、频率、波速的关系。
（3）电磁波的接收原理和调谐、解调过程。
2、教学难点（1）对电磁波调制和解调过程的理解。
（2）电磁波在不同介质中传播时特性的变化。
三、教学方法讲授法、实验演示法、小组讨论法、多媒体辅助教学法四、教学过程1、课程导入（5 分钟）通过播放一段现代通信的视频，如手机通话、卫星电视、无线网络等，引出电磁波在通信中的重要作用，从而激发学生的学习兴趣，引入本节课的主题——电磁波的发射、传播和接收。
2、电磁波的发射（20 分钟）（1）讲解电磁波的产生条件：变化的电流能够产生电磁波。
通过举例，如打开和关闭手电筒的灯泡，电流的迅速变化会产生电磁波。
（2）介绍开放电路：展示简单的电路模型，对比封闭电路和开放电路，说明开放电路更有利于电磁波的发射。
（3）讲解调制：介绍两种调制方式——调幅和调频。
通过动画演示和实际的音频、视频信号示例，让学生理解调幅是改变电磁波的振幅，调频是改变电磁波的频率，以实现信息的加载。
3、电磁波的传播（20 分钟）（1）讲解电磁波的传播不需要介质，可以在真空中传播。
通过对比机械波的传播需要介质，加深学生对电磁波传播特性的理解。
（2）介绍电磁波在真空中的传播速度——光速，并给出公式 c ＝λf （其中 c 为光速，λ 为波长，f 为频率）。
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电磁波的天线与传播实验研究随着无线通信技术的迅猛发展，对电磁波的天线与传播特性的研究
及实验成为了重要的课题之一。
本文将围绕着电磁波天线的基本概念
与传播特性展开，通过实验研究来深入探讨电磁波的天线与传播。
一、电磁波天线的基本概念
电磁波天线是将电流或电压信号转换为辐射电磁波的装置，广泛应
用于广播、电视、通信等领域。
其基本原理是根据Maxwell方程组，
通过合理设计的导体结构将电磁能量转换为自由空间中的电磁波。
常
见的天线类型包括偶极子天线、单极子天线等。
二、电磁波传播特性研究的实验方法
对于电磁波的传播特性研究，我们可以通过一系列实验来进行验证。
以下是几种常见的实验方法：
1. 转播实验
转播实验是通过将天线放置在不同位置，测量和记录信号强度的变
化情况，以研究电磁波的传播特性。
在实验中，可以选择在室内或室
外进行，通过改变天线高度、距离和方向等参数来观察信号的接收情况。
2. 接收信号功率实验
接收信号功率实验是通过调整接收天线与发射天线之间的距离，测
量信号强度来研究电磁波的传播特性。
实验中可以调整发射功率、接
收天线的位置和方向等参数，观察信号强度随距离的变化情况。
3. 天线天线之间的耦合实验
天线天线之间的耦合实验通过将多个天线放置在一定的距离上，探
究它们之间的相互作用和干扰。
这种实验可以研究天线之间的阻抗匹配、相位对齐等问题，从而优化天线设计，提高传播效果。
4. 天线辐射图实验
天线辐射图实验通过测量天线在不同方向上的辐射功率，得到天线
的辐射图案。
这种实验可以分析天线在不同方向上的辐射能力，研究
其辐射效果与传播特性。
三、电磁波天线与传播实验研究应用
电磁波天线与传播实验研究在实际应用中具有重要意义。
例如，在
通信领域，通过研究天线的辐射特性与传播特性，可以优化信号传输
的可靠性与效率。
在无线电广播领域，合理设计天线系统可以提高信
号的覆盖范围和接收质量。
在实际生活中，电磁波的天线与传播实验研究还具有很多其他的应用。
例如，通过合理布局天线系统，可以提高无线电设备的接收范围
和信号质量，进而提升通信效果。
此外，对于电磁波的传播特性研究，还可以用于无线电波传感器的设计与优化，对无线传感网络等领域具
有重要的推动作用。
综上所述，电磁波天线与传播实验研究是一项重要的课题。
通过一
系列的实验研究，我们可以更好地理解电磁波的天线特性与传播特征，优化天线设计，提高电磁波传播的效果与可靠性。
希望本文的内容对
于电磁波的天线与传播实验研究提供一些指导和启发。