可视电磁波综合实验系统,电磁场电磁波与天线综合实验系统
2023-07-17 09:13
DB-SD24 电磁场电磁波可视化教学实验系统
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。
电磁场电磁波与天线综合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；
电磁场电磁波与天线综合实验系统设有波长测量、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、实验配置
| 序号 | 名 称 | 主 要 技 术 规 格 |
| 1 | 标配模块 |
1米铝合金导轨,认识电磁波实验模块；发射支架，接收支架 电磁波传播特性实验模块（空间行、驻波特性实验）；接收天线支架、滑台, 金属导体反射板线支架、滑台。 极化电磁波实验模块,圆极化螺旋天线,极化栅格网滑台； 天线实验模块；系统升级配置模块； |
| 2 | 工作频率 | 范 围： 2-3GHz |
| 3 | 射频放大输出 | 功率控制： 0～10级衰减调整控制 |
| 功率放大频率范围：2350MHz～2450MHz | ||
| 最大输出功率：＜27dBm | ||
| 4 | 发射组件 | 三副线极化微带八木天线：增益：＞10dBi；覆盖垂直极化、水平极化,一个右旋圆极化螺旋天线；增益：＞10dBi； |
| 5 | 接收组件 | 无源检波器LED发光灵敏度：4dBm；LED灯颜色有红、黄、兰、绿、白、翠绿色及其组合，接收天线微带八木天线。增益：＞10dBi； |
| 6 | 射频检波模组 | 检波灵敏度：＞3.2GHz，动态范围：70dB收发最远距离170cm; |
实验1、电磁波及传播特性实验
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。
二、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
电磁波的偏振现象的产生，观察极化现象；
完全偏振波与和传播的定义判断极化形式；
研究线性极化的产生及其特点；
研究制作的电磁波感应器的极化特性，进行极化特性实验；
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
一、实验目的
了解电磁场电磁波空间传播特性；
通过对电磁波长、波幅、波节、驻波的测量进一步认识电磁波；
利用相干波原理测量波长；
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。
二、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
一、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
二、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
研究电磁波的边界条件实验；
研究电磁波传播路经上遇到不同物质的透射现象；
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
一、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
一、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。
二、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。
麦克斯韦理论验证及感应电流实验
电磁波场强自由空间的分布实验
迈克尔逊干涉实验
电磁场的偏振及极化实验
电磁波波长及驻波测试实验
