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SG-DC可视化电磁场与电磁波综合实验系统



一、实验概述
SG-DC电磁场电磁波与天线综合实验系统能满足通信工程、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。
 
一、技术参数
(1)标准配置模块
1、1米铝合金导轨,认识电磁波实验模块;发射支架,接收支架
2、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。
※3、极化电磁波实验模块,圆极化螺旋天线,极化栅格网滑台;
4、天线实验模块;系统升级配置模块;
(2)工作频率
1、范  围:   2-3GHz
(3)射频放大输出
1、功率控制:  衰减调整控制
2、功率放大频率范围:2350MHz~2450MHz
3、最大输出功率:<27dBm
(4)发射组件
1、线极化微带八木天线:增益:>11dBi;
2、覆盖垂直极化、水平极化天线, 增益:>10dBi;
※3、右旋圆极化螺旋天线;增益:>10dBi;
(5)接收组件
1、无源检波器LED发光灵敏度:4dBm;
2、LED灯颜色有红、黄、粉红、绿、紫、兰、绿
3、接收天线微带八木天线,增益:>10dBi;
(6)射频检波模组
1、检波灵敏度:>3.2GHz,
2、动态范围:70dB
3、收发最远距离170cm;

 

二、实验内容
实验1、电磁波的认知及传播特性实验
实验2、电磁波极化特性实验
实验3、电磁波反射与行驻波特性实验
实验4、电磁波反射特性实验
实验5、电磁波边界条件实验
实验6、接收天线互耦实验
实验7、电磁波对不同物质的透射实验
实验8、电磁辐射原理实验
实验9、电磁波单缝衍射实验
实验10、天线方向图绘制实验


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
一、 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。

二、 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
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。

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
一、 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;

二、 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
一、 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;

二、 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
一、 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;

二、 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。

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