电磁场辐射和接收原理实验-化工原理实验装置-流体力实验装置-热工实训装置-环境工程实验装置-上海朔光科教设备有限公司

电磁场辐射和接收原理实验发布时间：2025-05-23
一、实验目的 1. 认识天线的作用与地位，理解互易定理和接收天线电参数的定义 2. 深刻理解电磁辐射与天线的关系，掌握描述接收天线的性能指标 3. 掌握理解电磁辐射的基本要素。 4．掌握弗利斯传输公式以及接收功率最大的三个条件。 5．了解发射天线与接收天线的关系，作为接收天线应有什么要求。二、实验原理电磁波辐射就是将电场与磁场，二者互相作用，所形成的波动，以辐射方式传送到远方。电磁能量脱离波源的束缚，向空间传播的现象称为电磁辐射。电磁波的辐射是一种客观存在的物理现象，对于无线通信、导航和雷达而言，电磁辐射是极其重要的，需要充分地加以利用；而在某些电子系统中，由于存在电磁波的辐射或无线电泄漏会影响到其他设备或系统的正常工作，这时电磁辐射变成了一种有害的电磁干扰，需要对其进行必要的限制。天线辐射的是电磁波，接收的也是电磁波，然而发射机通过馈线送入天线的并不是电磁波，接收天线也不能把电磁场波直接经过馈线送入接收机，其中必须进行能量的转换。天线除了能有效地辐射或者接收电磁波外，还能完成高频电流到同频率电磁波的转换，或者完成电磁波到同频率的高频电流的转换。所以天线是一个能量转换器。产生电磁波辐射应具备以下条件： 1．必须存在时变源，时变源可以是时变的电荷源，时变的电流源，或时变的电磁场。为了有效地产生电磁辐射，时变源的频率应足够高，更确切地说，辐射系统的尺寸大小能和电磁波波长比拟时，才有可能产生明显的辐射效应。 2．波源电路必须开放。源电路的结构方式对辐射强弱有极大的影响。封闭的电路结构，如谐振腔是不会产生辐射的。源电路越开放辐射越强。导线载有交变电场时，就可以形成电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长短和形状有关。如果导线位置如图a，两导线的距离很近，且两导线所产生的感应电动势几乎可以抵消，因而辐射很微弱。如果将两导线张开，这时由于两导线的电流方向相同，由两导线所产生的感应电动势方向相同，因而辐射较强。当导线的长度ｌ远小于波长时，导线的电流很小，辐射很微弱。下图所示给出由高频开路平行双导线传输线演变为天线的过程。开始时平行双导线传输线之间的电场呈现驻波分布，导线上有交变电流流动时，就可以发生电磁波的辐射，辐射的能力与导线的长度和形状有关。图1电磁辐射示意图 1.如图a，在两根互相平行的导线上，电流方向相反，线间距离又远远小于波长，它们所激发的电磁场在两线外部的大部分空间由于相位相反而互相抵消。 2.如图b，将两线末端逐渐张开，那么在某些方向上，电场散播在周围空间，两导线产生的电磁场就不能抵消，辐射将会逐渐增强。 3.如图c，当两线完全张开时，张开的两臂上电流方向相同，它们在周围空间激发的电磁场只在一定方向由于相位关系而互相抵消，在大部分方向则互相叠加，使辐射显著增强。 4.当导线的长度L远小于波长λ时，辐射很微弱；导线的长度L增大到可与波长相比接近时，导线上的电流将大大增加，能形成较强的辐射。这样的结构被称为开放式结构。由末端开路的平行双导线传输线张开而成的天线，就是通常的对称振子天线，是最简单的一种天线。最佳接收条件： 1、收发天线与各自相连的馈线阻抗匹配 2、极化匹配 3、收发天线最大辐射方向对准，接收天线传输到终端负载上的功率为弗利斯传输公式为接收功率，为发射和接收天线的增益，发射功率，R为收发距离。三、实验内容 1.构建实验平台，掌握弗利斯传输公式以及接收功率最大的三个条件。 2.研究辐射与天线形状的关系，了解发射天线与接收天线的关系。 3. 手持微带接收八木天线寻找发射天线的最大方向和零辐射方向及后瓣电平。 4. 深刻理解电磁辐射与天线的关系。图2电磁辐射图四、实验步骤 1）用SMA连接电缆RF与极化天线口，将电磁波信号输送到极化天线上。 2）将八木天线安装到旋转支架上，将其垂直放置，移动到距离发射天线80～90cm处。 3）将手持微带接收八木天线对准来波方向，围绕发射天线在H面移动接收天线测量LED灯点亮距离，特别注意副瓣和后瓣点亮距离。 4）将手持微带接收八木天线对准来波方向，围绕发射天线在E面移动接收天线测量LED灯点亮距离，特别注意副瓣和后瓣点亮距离。 5）比较E、H的波瓣宽度。 6）采用不同颜色LED重做上述实验。五、注意事项 1.按下按钮时，若没有功率输出，应立即停止发射，检查射频电缆头与仪器的接头是否连接牢固，检查射频电缆小头的SMA头与天线的输入端口是否牢固连接；用微安表测量时输出接10dB衰减器防止微安表打表。防止空载工作烧坏微波放大器。 2.尽量减少按下按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。 3.测试时尽量避免人员走动，以免人体反射影响测试结果。
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