电磁场与电磁波实验指导书.
电磁场与电磁波(第4版)教学指导书 第2章 电磁场的基本规律
看作是电流元 对电流元 的作用力。但应该注意，这个作用力不满足牛顿第三定律，即 。这是因为一般 不是沿着连接电流元的直线路，而是由 确定。然而，两个恒定电流回路间的相互作用力则是满足牛顿第三定律的，即 。
5.磁感应强度
磁感应强度是表征磁场特性的基本场矢量。它是通过安培力定律来定义的
式中
就称为电流 产生的磁感应强度，也称为磁通量密度。
掌握电磁感应定律及位移电流的概念，牢固掌握麦克斯韦方程组并深刻理解其物理意义，掌握电磁场的边界条件。
2.2.2重点、难点讨论
1.场源电荷和电流
（1）电荷是物质的基本属性之一。迄今为止，我们检测到的最小电荷量是电子的电荷电量，其值为
任何带电粒子所带的电荷电量则是以单个电子电荷的正或负整数倍的形式存在。
（2）电流是电荷在电场力作用下定向运动形成的。电流的定义为
电流i是一个积分量。在形状复杂的导体中，不同部位的电流的大小和方向都不一样。为了描述导体内各点电流的差异，引入电流密度矢量J，它表示导体中某点P处流过垂直于电流流动方向的单位面积的电流总量，其方向为该点的电流流动方向。表示为
J是一个矢量点函数。
3.电场强度
电场强度是表征电场特性的基本场矢量。它是通过试验电荷 引入电场中某一固定点时受到的电场力F来定义的，定义 为该固定点处的电场强度。这个试验电荷 的电量必须足够小，以至将其引入电场后，在要求的实验精度范围内不会扰动原有的电场；试验电荷 的几何线度也必须足够小，以至将其置于电场中某一点时，其位置才有确定的意义。根据库仑定律，F的大小与电量 成正比，因此比值 与 的大小无关；根据静电力的叠加原理，比值 只应由产生电场的所有电荷的电量大小和空间分布来决定。因此，比值 可以用来定量描述电场的性质。
电磁场与电磁波微波专业技术
“电磁场与电磁波”和“微波技术”课内实验大纲及实验指导书唐万春，车文荃编制陈如山审定南京理工大学通信工程系2006年12月目录1．“电磁场与电磁波”课内实验大纲2．“电磁场与电磁波”课内实验指导说明书实验一电磁波参量的测定实验二电磁波的极化3．“微波技术”课内实验大纲4．“微波技术”课内实验指导说明书实验一传输线的工作状态及驻波比测量实验二微波网络散射参量测试5．“电磁场与电磁波”和“微波技术”课内实验评分标准南京理工大学实验教学大纲课程名称：电磁场与电磁波开课实验室：电磁场与微波技术实验室执笔人：唐万春审定人：陈如山修（制）订日期：2005年4月*由学校出版、印刷的实验教材（或指导书），统一写作“南京理工大学出版”。
“电磁场与电磁波”课内实验指导书唐万春编写南京理工大学通信工程系二00六年十二月实验一电磁波参量的测定实验1.实验目的a)观察电磁波的传播特性。
b)通过测定自由空间中电磁波的波长 ，来确定电磁波传播的相位常数k和传播速度v。
c)了解用相干波的原理测量波长的方法。
2.实验内容a)了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点、线路结构、使用方法。
b)测量信号源的工作波长（或频率）。
3.实验原理与说明a)所使用的实验仪器分度转台晶体检波器可变衰减器喇叭天线反射板固态信号源微安表实验仪器布置图如下：体检波器图1 实验仪器布置图参阅图1。
固态信号源所产生的信号经可变衰减器至矩形喇叭天线，由喇叭天线辐射出去，在接收端用矩形喇叭天线接收，接收到的信号经晶体检波器后通过微安表指示。
b) 原理本实验利用相干波原理，通过测得的电磁波的波长λ，再由关系式2,k v f kπωλλ===得到电磁波的主要参量k ，v 等。
实验示意图如图2所示。
图中0r P 、1r P 、2r P 和3r P 分别表示辐射喇叭、固定反射板、可动反射板和接收喇叭，图中介质板是一23030()mm ⨯的玻璃板，它对电磁波进行反射、折射后，可实现相干波测试。
《电磁场实验指导书》word版
电磁场实验指导书北京信息科技大学目录实验一球形载流线圈的场分布与自感 (1)实验二磁悬浮 (7)实验三静电除尘 (10)前 言结合电磁场课程教学的电磁场实验课是完善教学效果，增进学生对电磁场现象和过程的感性认识，拓展有关电磁场工程应用知识面的重要环节。
随着教学改革不断深化的进程, 电磁场教学实验在承接大学物理电磁学实验基础上的改进与提高势在必行。
根据高等学校电磁场课程教学的基本要求，以电磁场系列实验课开设的需求为依据，我电磁场课程组设计、编写了电磁场实验教学的新内容，并在浙江大学求是公司的共同规划下，由该公司制作完成了第一阶段的三个实验的基本装置和设备，以应当前我国电磁场实验教学的实际需要。
实验一：球形载流线圈的场分布与自感一、实验目的1. 研究球形载流线圈（磁通球）的典型磁场分布及其自感参数；2. 掌握工程上测量磁场的两种基本方法──感应电势法和霍耳效应法；3. 在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场边值问题、自感参数和磁场测量方法等知识点的理解，熟悉霍耳效应高斯计的应用。
二、实验原理（1）球形载流线圈（磁通球）的磁场分析如图11所示，当在z 向具有均匀的匝数密度分布的球形线圈中通以正弦电流i 时，可等效看作为流经球表面层的面电流密度K 的分布。
显然，其等效原则在于载流安匝不变，即如设沿球表面的线匝密度分布为W ′，则在与元长度d z 对应的球面弧元d R 上，应有图1-1球形载流线圈（磁通球） i 图1-2 呈轴对称性的计算场域()d d N W R θi=z i 2R ⎛⎫'⎪⎝⎭因在球面上，θcos R z =，所以 ()d d cos sin d z R R θθθ==代入上式，可知对应于球面上线匝密度分布W ′，应有2sin d sin d 2N R R N W R Rθθθθ⋅'== 即沿球表面，该载流线圈的线匝密度分布W ′正比于θsin ，呈正弦分布。
电磁场与电磁波(第4版)教学指导书 第5章 平面电磁波
第5章 平面电磁波5.1基本内容概述本章讨论均匀平面波在无界空间传播的特性，主要内容为：均匀平面波在无界的理想介质中的传播特性和导电媒质中的传播特性，电磁波的极化，均匀平面波在各向异性媒质中的传播、相速与群速。
5.1.1理想介质中的均匀平面波1．均匀平面波函数在正弦稳态的情况下，线性、各向同性的均匀媒质中的无源区域的波动方程为220k ∇+=E E对于沿z 轴方向传播的均匀平面波，E 仅是z 坐标的函数。
若取电场E 的方向为x 轴，即x x E =E e ，则波动方程简化为222d 0d x x E k E z+= 沿＋z 轴方向传播的正向行波为()j jkz x m z E e e φ-=E e （5.1）与之相伴的磁场强度复矢量为()()z kz z ωμ=⨯H e E 1j jkz ym E e e φη-=e （5.2）电场强度和磁场强度的瞬时值形式分别为(,)Re[()]cos()j t x m z t z e E t kz ωωφ==-+E E e （5.3）(,)Re[()]cos()j t m y Ez t z e t kz ωωφη==-+H H e （5.4）2．均匀平面波的传播参数 （1）周期2T πω=(s)，表示时间相位相差2π的时间间隔。
（2）相位常数k =（rad/m ），表示波传播单位距离的相位变化。
（3）波长kπλ2=（m ），表示空间相位相差2π的两等相位面之间的距离。
（4）相速p v kω==m/s ），表示等相位面的移动速度。
（5）波阻抗（本征阻抗）x y E H η==Ω），描述均匀平面波的电场和磁场之间的大小及相位关系。
在真空中，37712000≈===πεμηη（Ω） 3．能量密度与能流密度在理想介质中，均匀平面波的电场能量密度等于磁场能量密度，即221122εμ=E H电磁能量密度可表示为22221122e m w w w εμεμ=+=+==E H E H （5.5）瞬时坡印廷矢量为21zη=⨯=S E H e E （5.6）平均坡印廷矢量为211Re 22av z η*⎡⎤=⨯=⎣⎦S E H e E （5.7） 4．沿任意方向传播的平面波对于任意方向n e 传播的均匀平面波，定义波矢量为n x x y y z z k k k k ==++k e e e e （5.8）则00()n jk j --==e r k r E r E e E e （5.9）()()1n η=⨯H r e E r （5.10）00n =e E （5.11）5.1.2电磁波的极化1．极化的概念波的极化表征在空间给定点上电场强度矢量的取向随时间变化的特性, 并用电场强度矢量的端点在空间描绘出的轨迹来描述。
电磁场实验指导书共14页
电磁场实验指导书北京信息科技大学目录实验一球形载流线圈的场分布与自感 (1)实验二磁悬浮 (7)实验三静电除尘 (10)前 言结合电磁场课程教学的电磁场实验课是完善教学效果，增进学生对电磁场现象和过程的感性认识，拓展有关电磁场工程应用知识面的重要环节。
随着教学改革不断深化的进程, 电磁场教学实验在承接大学物理电磁学实验基础上的改进与提高势在必行。
根据高等学校电磁场课程教学的基本要求，以电磁场系列实验课开设的需求为依据，我电磁场课程组设计、编写了电磁场实验教学的新内容，并在浙江大学求是公司的共同规划下，由该公司制作完成了第一阶段的三个实验的基本装置和设备，以应当前我国电磁场实验教学的实际需要。
实验一：球形载流线圈的场分布与自感一、实验目的1. 研究球形载流线圈（磁通球）的典型磁场分布及其自感参数；2. 掌握工程上测量磁场的两种基本方法──感应电势法和霍耳效应法；3. 在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场边值问题、自感参数和磁场测量方法等知识点的理解，熟悉霍耳效应高斯计的应用。
二、实验原理（1）球形载流线圈（磁通球）的磁场分析如图1-1所示，当在z 向具有均匀的匝数密度分布的球形线圈中通以正弦电流i 时，可等效看作为流经球表面层的面电流密度K 的分布。
显然，其等效原则在于载流安匝不变，即如设沿球表面的线匝密度分布为W ′，则在与元长度d z 对应的球面弧元d R θ上，应有()d d N W R θi=z i 2R ⎛⎫'⎪⎝⎭因在球面上，θcos R z =，所以 ()d d cos sin d z R R θθθ==代入上式，可知对应于球面上线匝密度分布W ′，应有图1-1球形载流线圈（磁通球） i图1-2 呈轴对称性的计算场域2sin d sin d 2N R R N W R Rθθθθ⋅'== 即沿球表面，该载流线圈的线匝密度分布W ′正比于θsin ，呈正弦分布。
电磁场于电磁波指导书-8
第八章平面电磁波重点和难点本章是时变电磁场的重要内容。
应将理想介质中的平面波的传播特性，极化特性，以及平面边界上的反射和透射等内容作为重中之重。
讲解传播特性时，着重介绍波动方程解的物理意义，从相位变化的角度理解频率和波长的物理含义，以及传播速度。
介绍均匀平面波、非均匀平面波和TEM波等概念，以及它们之间的相互依存的关系。
介绍导电媒质中平面波的传播特性时，应与理想介质中的传播特性进行对比。
极化特性是平面波的重要特性，除了讲清三种极化特性的意义，以及它们之间的关系，教师可以根据自己的知识，尽量多给学生介绍一些应用实例。
介绍平面波的反射和透射特性时，应指出反射系数及透射系数仅表示边界上场量之间的关系。
讲解平面波在多层媒质中的传播特性时，着重介绍传播波阻抗的应用及其阻抗特性随长度的变化规律。
对于沿任意方向传播的平面波复矢量表示式，应着重强调指数项代表传播方向，而复振幅表示平面波的极化方向。
通过理想导电边界上的反射特性，引出导波系统。
导电媒质表面上的斜投射，以及等离子体和铁氧体等各向异性媒质中传播特性可以根据给定的学时适当从简。
重要公式波动方程：非齐次波动方程：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧⨯-∇=∂∂-∇∇+∂∂=∂∂-∇ ),(),(),( ),(1),(),(),(222222t t t t t t t t t t r J r H r H r r J r E r E μερεμμε 齐次波动方程：⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧=∂∂-∇=∂∂-∇ 0),(),( 0),(),(222222t t t t t t r H r H r E r E μεμε 亥姆霍兹方程：齐次矢量亥姆霍兹方程：⎪⎩⎪⎨⎧=+∇=+∇0)()(0)()(2222r H r H r E r E k k 齐次标量亥姆霍兹方程：⎪⎩⎪⎨⎧=+∇=+∇=+∇0)()(0)()(0)()(222222r r r r r r z z y y x x E k E E k E E k E ⎪⎩⎪⎨⎧=+∇=+∇=+∇0)()(0)()(0)()(222222r r r r r r z z y y x x H k H H k H H k H 理想介质中的平面波：电场强度：kz x x e E E j 0-=) sin(2),(0kz t E t z E x x -=ω磁场强度：kz y kz x y e H e E H j 0j 0--==με频率：Tf 12==πω波长：kπλ2=波数：εμωλπ==2k相速：εμω1==kv p相速、波长和频率的关系：f v p λ=波阻抗：εμ==yxH E Z ； )(12037700Ωπεμ≈==Z 电场强度和磁场强度的关系：x z y ZE e H ⨯=1z y x Z e H E ⨯=复能流密度矢量：2020*y z x z yx c ZH ZE e e H E S ==⨯=能量速度：p e v v ==εμ1导电媒质中的平面波：等效介电常数： ωσεεj-=e 传播常数：k k k c ''-'=j相位常数：⎪⎪⎭⎫⎝⎛+⎪⎭⎫⎝⎛+='1122ωεσμεωk 衰减常数：⎪⎪⎭⎫⎝⎛-⎪⎭⎫ ⎝⎛+=''1122ωεσμεωk 相速：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎭⎫ ⎝⎛+='='11212ωεσμεωk v p波长：⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎣⎡+⎪⎭⎫ ⎝⎛+='='112222ωεσμεωππλk波阻抗：ec Z εμωεσεμ=⎪⎭⎫ ⎝⎛-=j1 电场强度：z k z k x x e e E E '-''-=j 0磁场强度：z k z k x z k x cy e e E e E k H c '-''---==j 0j 0)j 1(ωεσμεωμ若σ<<ωε，则 μεω='k ，εμσ2=''k ， εμ=c Z 若σ>>ωε，则 2μσπωμσf k k ==''='σμπσωμf Z c )j 1(j +≈=集肤深度：μσπδf k 11=''=正投射时边界上反射系数和透射系数：121200c c c c i x rx Z Z Z Z E E R +-==122002c c c i x t x Z Z Z E E T +== 驻波比：||1||1||||min max R R E E S -+==多层媒质正投射：输入波阻抗：zk Z Z zk Z Z Z z Z c c c c c c c in 2322232tan j tan j )(--=总反射系数： 11)()(c in c in Z l Z Z l Z R +---=任意方向传播的平面波:r k E E ⋅-=j 0e传播矢量：γβαcos cos cos k k k z y x e e e k ++=z z y y x x k k k e e e k ++=2222k k k k z y x =++无源区中均匀平面波满足下列方程：E H k ωε-=⨯H E k ωμ=⨯ 0=⋅E k0=⋅H k理想介质边界上平面波的斜投射：斯耐尔折射定律：12sin sin k k t i =θθ 相位匹配条件：t r i k k k αααcos cos cos 211== 平行极化波的反射系数||R 及透射系数||T ：ti ti Z Z Z Z R θθθθcos cos cos cos 2121||+-=ti iZ Z Z T θθθcos cos cos 2212||+=垂直极化波的反射系数⊥R 及透射系数⊥T ：ti ti Z Z Z Z R θθθθcos cos cos cos 1212+-=⊥ti iZ Z Z T θθθcos cos cos 2122+=⊥若21μμ=，则平行极化波无反射时布鲁斯特角：2121sinεεεθ+=-B ，⎪⎪⎭⎫ ⎝⎛>i θεεsin 12 若21εε>，则全反射时临界角， 121sin εεθ-=c 等离子体中的平面波：等效介电常数： ⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=3322211211000,,0,,εεεεεε 式中⎪⎪⎩⎪⎪⎨⎧-==-=--=--=202033112212212020021********* , ,)(j ,ωεωεεεεεεωωωεωωεωωεωεεp p p 波动方程：0=⋅-⨯∇⨯∇E E 2εμω铁氧体中的平面波：磁导率：⎥⎥⎥⎦⎤⎢⎢⎢⎣⎡=332221121100μμμμμμ式中⎪⎩⎪⎨⎧==-=-=-+=0331122122122001222000011 , ,j ,μμμμμμωωωωμμωωωωμμμm m 波动方程：0 2=⋅-⨯∇⨯∇H H μεω题 解8-1 导出非均匀的各向同性线性媒质中，正弦电磁场应该满足的波动方程及亥姆霍兹方程。
电磁场与电磁波(第4版)教学指导书 第3章 静态电磁场及其边值问题的解
第3章 静态电磁场及其边值问题的解3.1 基本内容概述静态电磁场包括静电场、恒定电场和恒定磁场。
本章分别讨论了它们的基本方程和边界条件，位函数，能量和力，电容、电阻和电感，最后介绍静态场边值问题的几种解法（镜像法、分离变量法和有限差分法）。
3.1.1静电场1.基本方程和边界条件基本方程的微分形式(3.1)(3.2)ρ∇=∇⨯=D E基本方程的积分形式(3.3)(3.4)d d d 0S VCVρ==⎰⎰⎰D SE l边界条件()12n s ρ-=e D D 或 12n n s D D ρ-= （3.5） ()120n ⨯-=e E E 或 120t t E E -= （3.6）2.电位函数（1）电位函数及其微分方程根据电场的无旋性（0∇⨯=E ），引入电位函数ϕ，使E ϕ=-∇ （3.7） 电位函数ϕ与电场强度E 的积分关系是d ϕ=⎰E l （3.8）在均匀、线性和各向同性电介质中，已知电荷分布求解位函数点电荷()14'ii q ϕπε=-∑r r r （3.9） 体密度分布电荷 ()()'1d '4'VV ρϕπε=-⎰r r r r （3.10） 面密度分布电荷()()'1d '4'S SS ρϕπε=-⎰r r r r （3.11）线密度分布电荷 ()()'1d '4'l ll ρϕπε=-⎰r r r r （3.12）在均匀、线性和各向同性电介质中，电位函数满足泊松方程()()2ρϕε∇=-r r （3.13） 或拉普拉斯方程（0ρ=时）()20ϕ∇=r （3.14）（2）电位的边界条件12ϕϕ= （3.15a ） 1212S n nϕϕεερ∂∂-=-∂∂ （3.15b ） 3. 电场能量和电场力 （1）能量及能量密度分布电荷的电场能量 1d 2e V W V ρϕ=⎰ （3.16） 多导体系统电场能量 112Ne i i i W q ϕ==∑ （3.17）能量密度为 12e w =D E （3.18）（2）电场力 用虚位移法求电场力e i iq W F g =∂=-∂常数（3.19a ）e i iW F g ϕ=∂=∂常数（3.19b ）4.电容及部分电容在线性和各向同性电介质中，两导体间的电容为qC U=多导体系统，每个导体的电位不仅与本身所带的带有关，还与其它导体所带电荷有关。
电磁场实验指导书
实验一：驻波比的测量一、实验原理驻波产生的原因是由于负载阻抗与波导特性阻抗不匹配。
因此，通过对驻波比的测量，就能检查系统的匹配情况，进而明确负载的性质。
在测量时，通常测量电压驻波系数，即波导中电场最大值和最小值之比。
对于平方检波，有：错误！未找到引用源。
二、实验器件微波信号源、隔离器、波长表、可变衰减器、波导测量、被测件（电容膜片、电感膜片）、匹配负载、选频放大器1、微波信号源：可产生微波振荡，频率范围可以微调，信号源工作在方波状态。
在微波信号源上我们可以读出频率、电压、电流的数值。
信号源上的频率旋钮用来调整我们所需要的频率值（8.6GHz—9.6GHz）；点频和扫频按键用以选择点频状态或扫频状态，当工作在扫频状态时可以用扫频宽度旋钮来调节扫频的宽度；功率旋钮用来调节功率；信号源的右边有五个按键：等幅、方波、外调制+、外调制-和教学按键，本次实验用的是方波状态；下面有两个输出和一个输入，即RF输出，电压输出和外调制输入。
2、隔离器：抑制干扰。
3、波长表：读取信号发生器上的频率读数，根据频率-测微器刻度对照表来调节波长表的刻度。
4、可变衰减器：相当于可调电位器，旋动有刻度标示的旋钮，可以改变吸收片插入波导的深度，进而达到改变衰减量的问题。
5、波导测量：连接选频放大器，主要部件是测量线，通过旋动测量线上的旋钮，可以在选频放大器上读出相邻波腹和波节点的最大值和最小值。
6、被测件：包括断路器和开路器。
7、选频放大器a仪器面板的配置和功能如下：输入电压细调：此旋钮用于调整输入信号衰减量，左旋到底，衰减最大；右旋到底，衰减最小。
衰减量调节范围约为1—10倍。
输入电压步进开关: 用于衰减输入电压信号。
分为四档，即x1，x10，x100和x1000。
在x1档时灵敏度最高，对输入信号无衰减；x10, x100 和x1000档时，衰减量分别为10，100和1000倍。
频率选择开关：分为四档：1：宽带（400Hz—10KHz）2：1KHz （500Hz—1100Hz）3：2KHz （900Hz—2.2 KHz）4：5KHz （1.8KHz—5.2 KHz）开关在２，３，４档时为窄带，在１档时为宽带。
电磁场实验指导书(学生用dinggao1)
实验一：验证电磁波的反射和折射定律实验性质：验证性实验级别：必做开课单位：信息与通信工程学院学时：1一、实验目的（1）研究电磁波在良好导体表面上的反射。
（2）研究电磁波在良好介质表面上的反射和折射。
（1）研究电磁波全反射和全折射的条件。
二、实验原理与说明（1）电磁波斜投射到不同媒质分界面上的反射和折射为讨论和分析问题简便，下面所提到的电磁波均指均匀平面电磁波，如下图1所示：入射角斜投射时，入射波、反射波和折射在媒质分界面上有一平行极化波，以1波的电磁场可用下列公式表示：入射波场E 1(01E = x 1θSin +z )111(1)θθβθxSin xCos j e Cos +--H 1 =y101ηE )(111θθβxSin xCos j e+--折射波场E 2=E 02 ( x 2θSin +z )2(212)θθβθxSin xCos j e Cos +--H 2 =y202ηE )22(2θθβxSin xCos j e+--以上各式中1η、2η 分别表示波在两种媒质中的波阻抗。
由边界条件可知，在分界面上x=0处，有t t E E 21=，t t H H 21=。
同时，三种波在分界面处必须以同一速度向Z 方向传播，即它们的波因子必须相等，则有：2211θβθβSin Sin =由此得：'11θθ=上式表明，媒质分界面上反射角等于入射角，即反射定律。
由式得121112120101212θεεθθεμεμθββθSin Sin v v Sin Sin Sin ====上式即折射定律或斯耐尔定律。
在x=0处，把式和式代入式，并根据t t E E 21=，t t H H 21=，则得 (2021'0101)θθCos E Cos E E =-022'010111)(1E E E ηη=-对上两式联力求解，得平行极化波在媒质分界面上的反射系数//R 和折射系数//T 分别为'1111θβθβSin Sin =2211221101//'01θηθηθηθηCos Cos Cos Cos E E R +-==下面对平行极化波在媒质分界面上全折射的条件进行分析。
电磁场理论实验指导书1301.
实验三电磁波检测天线的设计制作与测试实验目的：通过对不同检测天线的设计、制作、测试，了解天线形式、性能对电磁波检测的影响，从而增加对天线的感性认识。
实验原理：能够辐射和接收电磁波的装置称为天线，用射频功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。
如果将另一副天线置于该电磁场中，就能在天线体上感生高频电流，该天线即称为接收天线（注：无源天线满足天线互易定理）。
一定条件下接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，接收天线所得到的感应电动势越大。
用接收天线和感应发光装置构成一个完整的电磁感应检测装置。
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，成本低廉的天线形式有：半波振子天线、环形天线、螺旋天线等。
本实验建议采用不同长度的对称振子天线和不同半径的圆环天线。
实验内容： 1．依据仪器说明书和仪器设备的面板及相应的端口功能名称、按钮，自行学习、掌握相关仪器的基本使用。
2．按对称振子二种不同的长度(学生自行设计确定尺寸（l <λ/2）进行实验检测，并将结果填于表 3-1 并分析。
3．按小环天线二种不同的周长(学生自行设计确定尺寸（C<λ/0.1）进行实验检测，并将结果填于表 3-1 并分析。
表 3-1 实验序号 1 2 3 4 天线形式对称振子 1 对称振子 2 小圆环 1 小圆环 2 天线长度/直径相同场点时电压幅值结果分析 15注意事项 1．按下 TX 按钮时，若 ALM 红色告警灯亮，应立即停止发射，检查波段插口与波段开关是否对应，发射天线是否接好，否则会损坏仪器。
如有问题请自行分析检查。
2．实际检测时，不能将检测天线及感应灯靠近发射天线的距离太小，否则可能会烧毁感应灯。
（置于 15cm 以外，或视感应灯亮度而定）。
3．尽量减少按下 TX 按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。
4．测试时尽量避免人员走动，以免人体反射影响测试结果。
报告要求 1．画出实验系统原理框图，并说明。
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电磁场电磁波实验 实验一 电磁感应定律的验证 一、实验目的 1、通过电磁感应装置的设计，了解麦克斯韦电磁感应定律的内容 2、了解半波天线感应器的原理及设计方法 3、天线长短与电磁波波长的接收匹配关系 二、预习要求 1、麦克斯韦电磁理论的内容 2、什么是电偶极子？ 3、了解线天线基本结构及其特性 三、实验仪器 HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台： 1套 电磁波传输电缆： 1套 平板极化天线： 1副 半波振子天线： 1副 感应灯泡： 1个 四、实验原理 麦克斯韦电磁理论经验定律包括：静电学的库仑定律，涉及磁性的定律，关于电流的磁性的安培定律，法拉第电磁感应定律。麦克斯韦把这四个定律予以综合，导出麦克斯韦方程，该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。下面我们通过制作感应天线体，来验证电磁场的存在。 如图示：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。 1
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λ /4 ，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： │ E │ =[60 Im cos( π cos θ /2)]/R 。 sin θ=[60 Im/R 。 ] │ f( θ ) │ 式中， f( θ ) 为方向函数。 对称振子归一化方向函数为 │ F( θ ) │ = │ f( θ ) │ / fmax=|cos( π cos θ /2)/sin θ | 其中 fmax 是 f( θ ) 的最大值。由上式可画出半波振子的方向图如下 :
半波振子方向函数与ψ无关，故在 H 面上的方向图是以振子为中心的一个圆，即为全方性的方向图。在 E 面的方向图为 8 字形，最大辐射方向为θ = π /2 ，且只要一臂长度不超过 0.625 λ，辐射的最大值始终在θ = π /2 方向上；若继续增大 L ，辐射的最大方向将偏离θ = π /2 方向。 五、实验步骤 （一）测量电磁波发射频率 1、用N型电缆直接将“输出口1”连接至“功率频率检测口”。 2、在液晶界面上同时显示出发射功率及频率。
3、已知电磁波发射源的频率F,求得波长：λ=FV光，比如，电磁波发射源频率为900MHz, 2
则： λ= FV光=3*108/900*106=0.33m. 半波天线长L=0.165 m 则两端子分别均为0.165/2=8.25cm 4，电磁波波长也可由液晶界面波长计算公式直接计算得出。 （二）制作半波振子天线 1、剪下一段铜丝，按计算得到尺寸剪下2段铜丝。 2、将铜丝末端漆刮掉，保持良好导电。 3、将天线安装到转盘上，这时就完成了半波天线的制作。 4、其他天线方法同上。 （三）验证麦克斯韦电磁理论，电磁场的存在 1、按下发射开关，将“输出口2”与极化天线通过SMA电缆相连，电磁波经传输电缆，经天线发射后在空中传输 2、灯泡被点亮，验证了电磁场的存在。 六、注意事项 1、漆包线铜丝需将末端的漆刮掉，保持导电性良好。 2、铜丝避免弯折。 七、报告要求 1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告； 2、完成数据运算及整理； 3、更换天线种类进行制作；
实验二 静电场的模拟实验 一、实验目的 1、学会用恒定电流场描绘模拟静电场的实验方法。 2、研究电场线的分布规律。 3、加深对电场强度和电势概念的理解. 二、实验概述 电场强度和电势是表征电场特性的两个基本物理量,为了形象地表示静电场,常采 3
用电场线(曾称电力线)和等势面来描绘静电场.电场线与等势面处处正交,因此有了等势面的图形就可以大致画出电场线的分布图,反之亦然。 静电场的研究有多种方法,模拟法就是一种重要的实验方法.两个物理量之间,只要具有相同的物理模型或相同的数学表达式,就可以用一个物理量去定量地或定性地模仿另一个物理量,这种方法称为模拟法.本实验采用稳恒电流场模拟静电场的方法来描绘等势线。用灵敏电流计检测出一组等势点子，然后将这些等势点用光滑曲线连接起来，就描绘出了等势线。 三、实验准备 本实验与微安电流表和稳压电源配合使用。 1、把实验器底板放正，旋下底板上的接线柱帽，并取下电极圈。 2、将打好孔的白纸、复写纸、导电纸依次套进接线柱螺杆上放平。 3、将接线柱帽旋入螺杆，同时把接线叉嵌入。然后把接线帽旋紧使电极与导电纸接触良好。 4、将“+5V输出”端口与接线柱正负端相连接。 5、在两电极之间，均匀地在导电纸上取5个小点，作为实验基准点（A、B、C、D、E，学生自己标注）。
四、实验方法 1、上述步骤安装完毕后，检查一个是否有接触和松动处。 2、检查无误后，接通“+5V”电源供电电路。 3、将一根探针放在基准点A上，用另一根探针尖在该附近找寻与A等势的点，电流 4
表指针偏转越小，就越接近要找的点。若找到某一点A1，指针无偏转，处于零位，就把探针用力按一下，白纸上便留下了与A等势的点A1。 4、用相同的方法可以找出A2、A3、、、A8等七个点，这样就取出了一条等势线的点。 5、把探针从A移到B，参照上述方法找出与B等势的点B1、B2、、、、B8。 6、依次类推，共找出五条等势线的点 7、切断电源、取出白纸，分组把点用光滑曲线连成一条等势线。 8、按本法画出的等势线是不封闭的，要描绘封闭的等势线应在电极附近取基准点（注意：不要将探针直接碰电极，以免损坏表头。） 五、注意事项 1、实验前，应仔细阅读说明书，按步骤实验 2、实验结束，立即断开电源，以免短路 3、电极与导电纸应接触良好，特别注意将接线柱帽旋紧，保证实验质量。
实验三 电场中位移电流的测试及计算 一、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、理解电磁波辐射原理 3、了解位移电流的概念 二、预习要求 1、什么是法拉第电磁感应定律？ 2、半波振子天线的原理。 三、实验仪器 HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台： 1套 检波器： 1只 微安表头： 1只 电磁波传输电缆： 1套 平板极化天线： 1副 半波振子天线： 1副 四、实验原理 5
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。如果将另一副天线置于电磁波中，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。 当越靠近发射天线，灯泡被点的越亮。越远离天线，灯泡越暗。 五、实验步骤 （一）装置白炽灯泡 1、用SMA电缆连接 “输出口2”和极化天线（可先选择A端口垂直极化），将电磁波信号输送到极化天线上发射出去。 2、按下机器供电开关，机器工作正常，按下功率“发射开关”，绿色发射指示灯亮，说明发射正常。 3、半波天线的长度计算方法（也可由液晶界面直接显示）：已知电磁波发射源的频
率F,求得波长：λ= FV光，比如，电磁波发射源频率为900MHz,则： λ=FV光=3*108/900*106=0.33m. 半波天线长L=0.165m 则两端子分别均为0.165/2=8.25cm 下面开始制作天线。注意：（天线端口与支撑金属片固定端的铜丝上的绝缘漆要刮） 4、用金属丝（铜丝）制作典型的半波天线，安装于感应灯板两端，竖直固定到测试支架上，将滑块移动置极化天线端（最左端）归零，此时液晶显示读数0.00。调节测试支架滑块到离发射天线 40cm左右，按下功率信号发生器上发射按钮，白炽灯被点亮。 5、开始移动测试支架滑块（向靠近极化天线方向移动），直到小灯刚刚发光时，直接在显示器上读取滑块与发射天线的距离并记录。 6、改变天线振子的长度，重复上面过程，记录数据，总结得出天线长度与灯泡亮暗的关系。 7、设计制作其它天线形式制作感应器，重复上面过程，记录数据。
次数 天线形式 天线长度 距离 1 6
2 3 … … … …
（二）装置检波二极管 1、将感应板换成检波装置，（灯泡变成了检波二极管）。置于旋转支架上。 2、用金属丝（铜丝）制作典型的半波天线，安装于检波板两端，竖直固定到测试支架上，将滑块移动置极化天线端（最左端）归零，此时液晶显示读数0.00。调节测试支架滑块到离发射天线 40cm左右，通过SMA连接线将检波电流送至“检波电流输入”端口，同时将主机后开关切换至“电流输入”。按下功率信号发生器上发射按钮，指针开始偏转。记录数值。 3、慢慢向极化天线方向移动，记录下距离数值及电流大小，记录数值。
次数 天线形式 天线长度 距离 电流大小 1 2 3 … … … …
五、注意事项 1、按下机器供电开关，机器工作正常，按下功率发射按钮，发射指示灯亮，说明发射正常。 2、滑动感应器及反射板应缓慢，切忌过快影响实验效果和读数。 3、测试感应器时，不能将感应灯靠近发射天线的距离太近，否则会烧毁感应灯。（置于 15cm 以外，或视感应灯亮度而定） 4、尽量减少按下发射按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。 5、测试时尽量避免人员走动，以免人体反射影响测试结果。 六、报告要求 1、按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告；