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SYDSB-01可視化電磁場與電磁波實驗

時間:2023/7/13閱讀:691
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一、實驗概述

電磁場電磁波與天線綜合實驗系統能滿足能滿足通信工程、電子工程、微波工程等專業開設《電磁場》、《天線技術》等課程教學、實訓、示教需要,也可用于微波電磁場技術類課程的課題設計和畢業設計及基于ADS軟件的創新設計。 

電磁場電磁波與天線綜合實驗系統通過學生制作感應器的方式,使學生能夠切實感知和親身體驗電磁波的發射、傳播、接收等完整的過程,具有與教學大綱結合緊密,實驗內容緊扣教學重點、難點,知識點覆蓋面寬,能夠透徹地了解法拉第電磁感應定律、電磁波傳播特性、電偶極子、天線基本結構及其特征等重要知識點,深刻理解電磁感應定律的原理和作用,深刻理解電偶極子和電磁波輻射的原理,掌握電磁波測量技術原理和方法,幫助學習人員建立電磁波的形象思維方式,加深和加強學習人員對電磁波產生、發射、傳輸、接收過程吸納各個特征的認識,培養學習人員對電磁波分析和電磁波應用的創新能力。 

實驗系統通過增大射頻信號發射功率,在不需專用儀表的情況下能感知電磁場存在、定性研究天線的極化方向、天線增益、天線頻響等性能;

實驗平臺設有波長測量、功率檢波、電磁場極化等若干簡單又富有論證性的實驗。將實驗儀器的功率發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應的關系。將發射天線的功率輸入天線,通過調整檢波天線的位置或者檢波天線的角度方向,觀察發光燈的明暗變化。這樣就可以直觀的感受到電磁波的分布參數、極化等豐富的概念。在整個實驗過程中,通過極其簡單的幾個操作,就可以將所學的抽象的知識,通過具象化的實驗來驗證清楚,進一步提高了教學的效率。增加了學生對實驗的印象,提高了學生動手能力,深刻的將公式與現象結合起來,為以后的工作和學習提供了切實有效的經驗。提升學生對電磁場與波的學習興趣,實現探究性學習,創造性學習。

用麥克斯韋方程的工程應用技術,采用特制的無源發光電磁波感應器,使抽象的“電磁波"看得見、摸得著,電波傳播眼見為實,幫助學生建立空間形象;有效化解感念抽象于形象,化物理現象模糊于具體,改變實驗呆板、實驗內容單調。使知識認知可視化、知識應用自主化能建立趣味化的實驗教學體系性設計。建立創新實驗教學互動平臺,拓展類實驗有助于老師和學生圍繞知識能力發揮和運用,形成富有特色的新成果。

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二、實驗內容

實驗1、電磁波及傳播特性實驗

實驗目的

1、通過電磁感應裝置的設計,了解麥克斯韋電磁感應定理的內容;

2、理解電磁波輻射原理;了解電磁感應的原理及作用,

3、理解電場與磁場的相互關系,通過接收裝置來驗證電磁場的存在。

實驗項目

1認識電磁波實驗

2、場矢量認知實驗

3、位移電流驗證實驗

4、可視化電磁波感應器制作實驗

5、輻射衰減規律實驗

實驗2、電磁波極化特性實驗

實驗目的

1、電磁波的偏振現象的產生,觀察極化現象;

2、偏振波與和傳播的定義判斷極化形式;

3、研究線性極化的產生及其特點;

4、研究制作的電磁波感應器的極化特性,進行極化特性實驗;

5、通過試驗加深對電磁波極化特性的理解。

實驗項目

1、構建實驗平臺

2垂直與水平極化電磁波實驗

3左旋圓極化電磁波實驗

4、極化軸比實驗

實驗3、電磁波反射與行駐波特性實驗

實驗目的

1、了解電磁場電磁波空間傳播特性;

2、通過對電磁波長、波幅、波節、駐波的測量進一步認識電磁波;

3、利用相干波原理測量波長;

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,觀測電磁波傳輸過程中波節點與波幅點的產生。

實驗項目

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驗;

3左旋圓極化波反射合成與行駐波特性;

實驗4、電磁波反射特性實驗

實驗目的

1、研究電磁波的反射現象的產生,驗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

3通過試驗加深對電磁波極化特性的理解

實驗項目

1、垂直或水平極化波斜入射到導體平面的反射波;沿反射角方向LED最亮。

2、左旋圓極化波斜入射到導體平面的反射波;

實驗5、電磁波邊界條件實驗

實驗目的

1、研究電磁波的邊界條件實驗;

2、研究電磁波傳播路經上遇到不同物質的透射現象;

3、通過試驗加深對電磁波傳播特性的理解;

實驗項目

1、垂直極化波垂直入射到水平縫隙導體平面的透射波;

2、垂直極化波垂直入射到垂直縫隙導體平面的透射波; 

3左旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導體平面的透射波;

4、右旋圓極化波垂直入射到垂直縫隙導體平面的透射波;

5、垂直極化波垂直入射到超材料平面的透射波;

實驗6、接收天線互耦實驗

實驗目的

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;

實驗項目

1)垂直極化波垂直入射時二元天線陣互耦影響;

2)水平極化波垂直入射時二元天線陣互耦影響;

實驗7、電磁波對不同物質的透射實驗

實驗目的

1、研究電磁波對不同媒質的透射實驗;

2研究電磁波傳播路經上遇到不同物質的透射現象;

3、通過試驗加深對電磁波傳播特性的理解;

實驗項目

1、垂直極化波垂直入射到導體平面;

2垂直極化波垂直入射到有機玻璃平面的透射波; 

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;

實驗8、電磁輻射原理實驗

實驗目的

1、認識天線的作用與地位。

2、深刻理解電磁輻射與天線的關系。

3、掌握理解電磁輻射的基本要素。

實驗9、天線方向圖繪制實驗

實驗目的

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掌握天線方向圖測量的原理和方法。

實驗內容

1、LED燈的測量顯示天線E面方向圖強弱。

2、用微安表測量E面方向圖,繪制天線E面方向圖。

3LED燈的強弱顯示天線H面方向圖測量

4、用微安表測量H面方向圖,繪制天線H方向圖。


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