SYDSB-01可視化電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)概述

電磁場(chǎng)電磁波與天線綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能滿足能滿足通信工程、電子工程、微波工程等專業(yè)開設(shè)《電磁場(chǎng)》、《天線技術(shù)》等課程教學(xué)、實(shí)訓(xùn)、示教需要，也可用于微波電磁場(chǎng)技術(shù)類課程的課題設(shè)計(jì)和畢業(yè)設(shè)計(jì)及基于ADS軟件的創(chuàng)新設(shè)計(jì)。 

電磁場(chǎng)電磁波與天線綜合實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過學(xué)生制作感應(yīng)器的方式，使學(xué)生能夠切實(shí)感知和親身體驗(yàn)電磁波的發(fā)射、傳播、接收等完整的過程，具有與教學(xué)大綱結(jié)合緊密，實(shí)驗(yàn)內(nèi)容緊扣教學(xué)重點(diǎn)、難點(diǎn)，知識(shí)點(diǎn)覆蓋面寬，能夠透徹地了解法拉第電磁感應(yīng)定律、電磁波傳播特性、電偶極子、天線基本結(jié)構(gòu)及其特征等重要知識(shí)點(diǎn)，深刻理解電磁感應(yīng)定律的原理和作用，深刻理解電偶極子和電磁波輻射的原理，掌握電磁波測(cè)量技術(shù)原理和方法，幫助學(xué)習(xí)人員建立電磁波的形象思維方式，加深和加強(qiáng)學(xué)習(xí)人員對(duì)電磁波產(chǎn)生、發(fā)射、傳輸、接收過程吸納各個(gè)特征的認(rèn)識(shí)，培養(yǎng)學(xué)習(xí)人員對(duì)電磁波分析和電磁波應(yīng)用的創(chuàng)新能力。 

實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)通過增大射頻信號(hào)發(fā)射功率，在不需專用儀表的情況下能感知電磁場(chǎng)存在、定性研究天線的極化方向、天線增益、天線頻響等性能；

實(shí)驗(yàn)平臺(tái)設(shè)有波長(zhǎng)測(cè)量、功率檢波、電磁場(chǎng)極化等若干簡(jiǎn)單又富有論證性的實(shí)驗(yàn)。將實(shí)驗(yàn)儀器的功率發(fā)射端加載到三種極化天線端口。將天線采集到的感生電流接入LED燈。把檢波天線放置在固定的位置以后，可以看到LED燈的明暗與極化方式有著對(duì)應(yīng)的關(guān)系。將發(fā)射天線的功率輸入天線，通過調(diào)整檢波天線的位置或者檢波天線的角度方向，觀察發(fā)光燈的明暗變化。這樣就可以直觀的感受到電磁波的分布參數(shù)、極化等豐富的概念。在整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程中，通過極其簡(jiǎn)單的幾個(gè)操作，就可以將所學(xué)的抽象的知識(shí)，通過具象化的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證清楚，進(jìn)一步提高了教學(xué)的效率。增加了學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)的印象，提高了學(xué)生動(dòng)手能力，深刻的將公式與現(xiàn)象結(jié)合起來，為以后的工作和學(xué)習(xí)提供了切實(shí)有效的經(jīng)驗(yàn)。提升學(xué)生對(duì)電磁場(chǎng)與波的學(xué)習(xí)興趣，實(shí)現(xiàn)探究性學(xué)習(xí)，創(chuàng)造性學(xué)習(xí)。

用麥克斯韋方程的工程應(yīng)用技術(shù)，采用特制的無源發(fā)光電磁波感應(yīng)器，使抽象的“電磁波"看得見、摸得著，電波傳播眼見為實(shí)，幫助學(xué)生建立空間形象；有效化解感念抽象于形象，化物理現(xiàn)象模糊于具體，改變實(shí)驗(yàn)呆板、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容單調(diào)。使知識(shí)認(rèn)知可視化、知識(shí)應(yīng)用自主化能建立趣味化的實(shí)驗(yàn)教學(xué)體系性設(shè)計(jì)。建立創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)教學(xué)互動(dòng)平臺(tái)，拓展類實(shí)驗(yàn)有助于老師和學(xué)生圍繞知識(shí)能力發(fā)揮和運(yùn)用，形成富有特色的新成果。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

實(shí)驗(yàn)1、電磁波及傳播特性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1、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)定理的內(nèi)容；

2、理解電磁波輻射原理；了解電磁感應(yīng)的原理及作用，

3、理解電場(chǎng)與磁場(chǎng)的相互關(guān)系，通過接收裝置來驗(yàn)證電磁場(chǎng)的存在。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1、認(rèn)識(shí)電磁波實(shí)驗(yàn)

2、場(chǎng)矢量認(rèn)知實(shí)驗(yàn)

3、位移電流驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)

4、可視化電磁波感應(yīng)器制作實(shí)驗(yàn)

5、輻射衰減規(guī)律實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)2、電磁波極化特性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1、電磁波的偏振現(xiàn)象的產(chǎn)生，觀察極化現(xiàn)象；

2、偏振波與和傳播的定義判斷極化形式；

3、研究線性極化的產(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)；

5、通過試驗(yàn)加深對(duì)電磁波極化特性的理解。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1、構(gòu)建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)

2、垂直與水平極化電磁波實(shí)驗(yàn)

3、左旋圓極化電磁波實(shí)驗(yàn)

4、極化軸比實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)3、電磁波反射與行駐波特性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1、了解電磁場(chǎng)電磁波空間傳播特性；

2、通過對(duì)電磁波長(zhǎng)、波幅、波節(jié)、駐波的測(cè)量進(jìn)一步認(rèn)識(shí)電磁波；

3、利用相干波原理測(cè)量波長(zhǎng)；

4、了解電磁波在傳輸過程中的干涉和駐波的形成，及形成的條件，觀測(cè)電磁波傳輸過程中波節(jié)點(diǎn)與波幅點(diǎn)的產(chǎn)生。

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1、垂直極化波反射合成與行駐波特性；

2、水平極化波反射合成與行駐波特性實(shí)驗(yàn)；

3、左旋圓極化波反射合成與行駐波特性；

實(shí)驗(yàn)4、電磁波反射特性實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1、研究電磁波的反射現(xiàn)象的產(chǎn)生，驗(yàn)證電磁波入射角等于反射角；

2、研究線性極化的反射及其特點(diǎn)

3、通過試驗(yàn)加深對(duì)電磁波極化特性的理解

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1、垂直或水平極化波斜入射到導(dǎo)體平面的反射波；沿反射角方向LED最亮。

2、左旋圓極化波斜入射到導(dǎo)體平面的反射波；

實(shí)驗(yàn)5、電磁波邊界條件實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1、研究電磁波的邊界條件實(shí)驗(yàn)；

2、研究電磁波傳播路經(jīng)上遇到不同物質(zhì)的透射現(xiàn)象；

3、通過試驗(yàn)加深對(duì)電磁波傳播特性的理解；

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1、垂直極化波垂直入射到水平縫隙導(dǎo)體平面的透射波；

2、垂直極化波垂直入射到垂直縫隙導(dǎo)體平面的透射波； 

3、左旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導(dǎo)體平面的透射波；

4、右旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導(dǎo)體平面的透射波；

5、垂直極化波垂直入射到超材料平面的透射波；

實(shí)驗(yàn)6、接收天線互耦實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1)研究接收二元天線陣互耦影響；

2)尋找二元天線陣互不影響的距離；

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1）垂直極化波垂直入射時(shí)二元天線陣互耦影響；

2）水平極化波垂直入射時(shí)二元天線陣互耦影響；

實(shí)驗(yàn)7、電磁波對(duì)不同物質(zhì)的透射實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1、研究電磁波對(duì)不同媒質(zhì)的透射實(shí)驗(yàn)；

2、研究電磁波傳播路經(jīng)上遇到不同物質(zhì)的透射現(xiàn)象；

3、通過試驗(yàn)加深對(duì)電磁波傳播特性的理解；

實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目

1、垂直極化波垂直入射到導(dǎo)體平面；

2、垂直極化波垂直入射到有機(jī)玻璃平面的透射波； 

3、垂直極化波垂直入射到書籍平面的透射波；

4、垂直極化波垂直入射到泡沫平面的透射波；

5、右旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導(dǎo)體平面的透射波；

6、垂直極化波垂直入射到超材料平面的透射波；

實(shí)驗(yàn)8、電磁輻射原理實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1、認(rèn)識(shí)天線的作用與地位。

2、深刻理解電磁輻射與天線的關(guān)系。

3、掌握理解電磁輻射的基本要素。

實(shí)驗(yàn)9、天線方向圖繪制實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/span>

1、了解掌握天線方向圖的工程意義。掌握電磁波輻射的原理和測(cè)量方法。

2、掌握繪制天線方向圖的一般方法，繪制并理解天線方向圖。

3、掌握天線方向圖測(cè)量的原理和方法。

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容

1、用LED燈的測(cè)量顯示天線E面方向圖強(qiáng)弱。

2、用微安表測(cè)量E面方向圖，繪制天線E面方向圖。

3、用LED燈的強(qiáng)弱顯示天線H面方向圖測(cè)量

4、用微安表測(cè)量H面方向圖，繪制天線H面方向圖。