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SYDSB-01可视化电磁场与电磁波实验
2023-07-14 10:54:22
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漯河城市轨道交通列车电气回路系统教学平台

一、实验概述

电磁场电磁波与天线综合实验系统能满足能满足通信工程、电子工程、微波工程等专业开设《电磁场》、《天线技术》等课程教学、实训、示教需要,也可用于微波电磁场技术类课程的课题设计和毕业设计及基于ADS软件的创新设计。 

电磁场电磁波与天线综合实验系统通过学生制作感应器的方式,使学生能够切实感知和亲身体验电磁波的发射、传播、接收等完整的过程,具有与教学大纲结合紧密,实验内容紧扣教学重点、难点,知识点覆盖面宽,能够透彻地了解法拉第电磁感应定律、电磁波传播特性、电偶极子、天线基本结构及其特征等重要知识点,深刻理解电磁感应定律的原理和作用,深刻理解电偶极子和电磁波辐射的原理,掌握电磁波测量技术原理和方法,帮助学习人员建立电磁波的形象思维方式,加深和加强学习人员对电磁波产生、发射、传输、接收过程吸纳各个特征的认识,培养学习人员对电磁波分析和电磁波应用的创新能力。 

实验系统通过增大射频信号发射功率,在不需专用仪表的情况下能感知电磁场存在、定性研究天线的极化方向、天线增益、天线频响等性能;

实验平台设有波长测量、功率检波、电磁场极化等若干简单又富有论证性的实验。将实验仪器的功率发射端加载到三种极化天线端口。将天线采集到的感生电流接入LED灯。把检波天线放置在固定的位置以后,可以看到LED灯的明暗与极化方式有着对应的关系。将发射天线的功率输入天线,通过调整检波天线的位置或者检波天线的角度方向,观察发光灯的明暗变化。这样就可以直观的感受到电磁波的分布参数、极化等丰富的概念。在整个实验过程中,通过极其简单的几个操作,就可以将所学的抽象的知识,通过具象化的实验来验证清楚,进一步提高了教学的效率。增加了学生对实验的印象,提高了学生动手能力,深刻的将公式与现象结合起来,为以后的工作和学习提供了切实有效的经验。提升学生对电磁场与波的学习兴趣,实现探究性学习,创造性学习。

用麦克斯韦方程的工程应用技术,采用特制的无源发光电磁波感应器,使抽象的“电磁波”看得见、摸得着,电波传播眼见为实,帮助学生建立空间形象;有效化解感念抽象于形象,化物理现象模糊于具体,改变实验呆板、实验内容单调。使知识认知可视化、知识应用自主化能建立趣味化的实验教学体系性设计。建立创新实验教学互动平台,拓展类实验有助于老师和学生围绕知识能力发挥和运用,形成富有特色的新成果。

 

二、实验内容

实验1、电磁波及传播特性实验

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理的内容;

2、理解电磁波辐射原理;了解电磁感应的原理及作用,

3、理解电场与磁场的相互关系,通过接收装置来验证电磁场的存在。

实验项目

1、认识电磁波实验

2、场矢量认知实验

3、位移电流验证实验

4、可视化电磁波感应器制作实验

5、辐射衰减规律实验

实验2、电磁波极化特性实验

实验目的

1、电磁波的偏振现象的产生,观察极化现象;

2、完全偏振波与和传播的定义判断极化形式;

3、研究线性极化的产生及其特点;

4、研究制作的电磁波感应器的极化特性,进行极化特性实验;

5、通过试验加深对电磁波极化特性的理解。

实验项目

1、构建实验平台

2、垂直与水平极化电磁波实验

3、左旋圆极化电磁波实验

4、极化轴比实验

实验3、电磁波反射与行驻波特性实验

实验目的

1、了解电磁场电磁波空间传播特性;

2、通过对电磁波长、波幅、波节、驻波的测量进一步认识电磁波;

3、利用相干波原理测量波长;

4、了解电磁波在传输过程中的干涉和驻波的形成,及形成的条件,观测电磁波传输过程中波节点与波幅点的产生。

实验项目

1、垂直极化波反射合成与行驻波特性;

2、水平极化波反射合成与行驻波特性实验;

3、左旋圆极化波反射合成与行驻波特性;

实验4、电磁波反射特性实验

实验目的

1、研究电磁波的反射现象的产生,验证电磁波入射角等于反射角;

2、研究线性极化的反射及其特点

3、通过试验加深对电磁波极化特性的理解

实验项目

1、垂直或水平极化波斜入射到导体平面的反射波;沿反射角方向LED最亮。

2、左旋圆极化波斜入射到导体平面的反射波;

实验5、电磁波边界条件实验

实验目的

1、研究电磁波的边界条件实验;

2、研究电磁波传播路经上遇到不同物质的透射现象;

3、通过试验加深对电磁波传播特性的理解;

实验项目

1、垂直极化波垂直入射到水平缝隙导体平面的透射波;

2、垂直极化波垂直入射到垂直缝隙导体平面的透射波; 

3、左旋圆极化波垂直入射到垂直缝隙导体平面的透射波;

4、右旋圆极化波垂直入射到垂直缝隙导体平面的透射波;

5、垂直极化波垂直入射到超材料平面的透射波;

实验6、接收天线互耦实验

实验目的

1)研究接收二元天线阵互耦影响;

2)寻找二元天线阵互不影响的距离;

实验项目

1)垂直极化波垂直入射时二元天线阵互耦影响;

2)水平极化波垂直入射时二元天线阵互耦影响;

实验7、电磁波对不同物质的透射实验

实验目的

1、研究电磁波对不同媒质的透射实验;

2、研究电磁波传播路经上遇到不同物质的透射现象;

3、通过试验加深对电磁波传播特性的理解;

实验项目

1、垂直极化波垂直入射到导体平面;

2、垂直极化波垂直入射到有机玻璃平面的透射波; 

3、垂直极化波垂直入射到书籍平面的透射波;

4、垂直极化波垂直入射到泡沫平面的透射波;

5、右旋圆极化波垂直入射到垂直缝隙导体平面的透射波;

6、垂直极化波垂直入射到超材料平面的透射波;

实验8、电磁辐射原理实验

实验目的

1、认识天线的作用与地位。

2、深刻理解电磁辐射与天线的关系。

3、掌握理解电磁辐射的基本要素。

实验9、天线方向图绘制实验

实验目的

1、了解掌握天线方向图的工程意义。掌握电磁波辐射的原理和测量方法。

2、掌握绘制天线方向图的一般方法,绘制并理解天线方向图。

3、掌握天线方向图测量的原理和方法。

实验内容

1、用LED灯的测量显示天线E面方向图强弱。

2、用微安表测量E面方向图,绘制天线E面方向图。

3、用LED灯的强弱显示天线H面方向图测量

4、用微安表测量H面方向图,绘制天线H面方向图。



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