第一章矢量分析
1.理解标量场与矢量场的概念，了解标量场的等值面和矢量场的矢量线的概念；
2.矢量场的散度和旋度、标量场的梯度是矢量分析中最基本的重要概念，应深刻理解，掌握散度、旋度和梯度的计算公式和方法；理解矢量场的性质与散度、旋度的相互关系。注意矢量场的散度与旋度的对比和几个重要的矢量恒等式。注意哈密顿算符在散度、旋度、梯度中的应用。
3.散度定理和斯托克斯定理是矢量分析中的两个重要定理，应熟练掌握和应用。
4.熟悉亥姆霍兹定理，理解它的重要意义。
5.会计算给定矢量的散度、旋度。并能够验证散度定理。理解无旋场与无源场的条件和特点。掌握矢量场的梯度和旋度的两个重要性质（课件例题，课本习题1.16、1.18、1.20,1.27）第二章电磁场的基本规律
1.电荷是产生电场的源，应理解电荷与电荷分布的概念，理解并掌握电流连续性方程的微分形式和积分形式；电流是产生磁场的源，应理解电流与电流密度的概念。
2.掌握真空中静电场的散度与旋度及其物理意义，真空中高斯定理的微分和积分形式。会计算一些典型电荷分布的电场强度。
3.熟悉掌握磁感应强度的表示及其特性。会计算一些典型电流分布的磁感应强度。掌握恒定磁场的散度和旋度及其物理意义；磁通连续性定理的微分、积分形式和安培环路定理的积分、微分形式。
4. 媒质的电磁特性有哪些现象？分别对应哪些物质？（1）电介质的极化有哪些分类？极化强度矢量与电介质内部极化电荷体密度、电介质表面上极化电荷面密度各有什么关系式？电介质中的高斯定理？电位移矢量的定义？电介质的本构关系？（2）磁化强度矢量与磁介质内磁化电流密度、磁介质表面磁化电流面密度之间各有什么关系式？磁化强度矢量的定义？磁介质中的安培环路定理？磁介质的本构关系？（3）导电媒质的本构关系/欧姆定律的微分形式？（式2.4.29），焦耳定律的微分形式、积分形式？
5. 电磁感应定律揭示了随时间变化的磁场产生电场这一重要的概念，应深刻理解电磁感应定律的意义，掌握感应电动势的计算。麦克斯韦发现从静磁场中得到的安培环路定理对时变场是不适用的。他据此提出了位移电流的假说。位移电流揭示了随时间变化的电场产生磁场这一重要的概念，应理解位移电流的概念及其特性。
6麦克斯韦方程组是描述宏观电磁现象的普遍规律，是分析、求解电磁场问题的基本方程。必须牢固掌握麦克斯韦方程组的微分形式、积分形式、复数形式和限定形式（包括有源区域和无源区域），深刻理解其物理意义，掌握媒质的本构关系。
7.电磁场的边界条件是麦克斯韦方程组在不同媒质分界面的表现形式，它在求解电磁场边值问题中起定解作用，应正确理解和使用边界条件。掌握3种不同情况下电磁场各场量的边界条件。
8.能够利用麦克斯韦方程求解简单的电磁场问题。（例题 2.5.3,2.5.4，2.7.1,2.7.3，课件例题）
第三章静态电磁场及其边值问题的解
1.静电场的基本变量和基本方程揭示出静电场的基本性质，也是分析求解静电场问题的基础。应牢固掌握静电场的基本变量和基本方程和不同介质分界面上场量的边界条件，深刻理解静电场的基本性质，并熟练地运用高斯定律求解静电场问题。掌握静电场能量的计算公式。
2.电位是静电场中的一个重要概念，要理解其物理意义，掌握电位与电场强度的关系；
掌握电位的微分方程（泊松方程和拉普拉斯方程），会计算点电荷系统和一些连续分布电荷系统（如线电荷、面电荷、体电荷）的电位。掌握不同介质分界面上电位的边界条件（分界面两侧）（3.1.19,3.1.20），及导体表面电位的边界条件（3.1.22）。了解静电力计算一般采用虚位移法。
3. 理解恒定电场的概念，掌握其基本变量和基本方程，熟悉理想导体、良导体和理想介质的定义，掌握恒定电场的基本方程和边界条件（场量表示的和电位函数表示的），能正确地分析和求解恒定电场问题；了解恒定电场与静电场的异同。
4. 掌握恒定磁场的基本变量、基本方程与边界条件，熟悉恒定磁场的基本性质，熟练运用安培环路定理求解具有一定对称性分布的磁场。矢量磁位和标量磁位对求解磁场分布起着重要作用，应深刻理解矢量磁位和标量磁位的定义，掌握它们所满足的微分方程及边界条件，并会利用矢量磁位和标量磁位求解一些简单的磁场分布问题。掌握库仑规范的表达式及其意义。
5. 恒定磁场的许多公式在形式上与静电场相似，但在物理概念上又存在本质区别。应特别注意恒定磁场与静电场的对比，将静电场中分析求解问题的方法和所得到的一些结论推广应用到恒定磁场中。掌握磁场能量及能量密度的表达式。了解可以用安培定律或虚位移法计算磁场力。
6. 掌握静电场的三类边值问题（定义），明确静态场问题的求解，都可以归结为在给定边界条件下求解位函数的泊松方程和拉普拉斯方程。明确什么是场的惟一性问题。惟一性定理是静电场边值问题的各种解法的理论根据，其概念非常重要，应深刻理解其内容和意义。熟悉静电场的边值问题的求解思路及实际边值问题的三类边界条件。
7. 求解静态场边值问题的方法分类（解析法，数值法）及各自具体分类。具体三种方法（分离变量法、镜像法、有限差分法）的定义、原理。分离变量法是求解边值问题的一种基本方法，应熟悉其基本原理，掌握直角坐标系下分离变量法解题的步骤和方法。
8.镜像法是一种简单而实用的方法，要理解镜像法的原理，熟悉典型的像电荷分布，能够
根据不同情况确定镜像电荷的个数、大小和位置。
9.分离变量法和镜像法都是解析法求解边值问题的实际方法。有限差分法是数值法分析边值问题的方法。
第四章时变电磁场
1.掌握无源区域的波动方程和有源区域的波动方程并能够证明。
2.掌握时变电磁场的矢量位和标量位的概念以及其满足的微分方程，掌握洛仑兹条件和达朗贝尔方程。
3.表征电磁能量守恒关系的坡印廷定理是电磁场的能量转换与守恒定律，应深刻理解其物理意义。坡印廷矢量描述了电磁能量的传输，是电磁场中的一个重要概念，必须熟悉其定义式、深刻理解其物理意义并应用它分析计算电磁能量的传输。
4掌握时变电磁场中麦克斯韦方程解的惟一性定理，并能表述其物理意义。
5.掌握时谐电磁场的复数表示及复矢量的麦克斯韦方程，理解复电容率和复电导率的涵义，掌握损耗角正切的定义及其物理意义，根据损耗角正切的大小如何对媒质进行分类？注意：同一媒质在低频和高频时可能呈现不同的性质。
6.什么是时谐电磁场的平均能流密度矢量？计算公式是什么？（实数形式和复数形式），掌握平均坡印廷矢量的计算。（课件例题，例4.5.4,习题4.11）
第五章均匀平面波在无界空间中的传播
1.掌握亥姆霍兹方程，理解它的推导过程，掌握麦克斯韦方程的复数形式。掌握正弦平面波的平均坡印廷矢量的计算。
2.掌握均匀平面电磁波在无界理想介质和导电媒质中的传播特点，能够熟练计算理想介质中的均匀平面波的频率、波长、波数、波速、波阻抗(本征阻抗)、
电场与磁场的实数与复数表达式及瞬时坡印廷矢量、平均坡印廷矢量等。（?课件上例题，课本例5.1.1,5.1.2,5.1.4，作业题中相关环节题目）
3.掌握波的极化类型的判断，能够对不同表达方式的波进行极化方式及传播方向的判断。（?课件上例题，课本例5,2,1,作业题中相关内容）
4.熟练掌握均匀平面波在导电媒质中传播的相关计算，理解均匀平面波在损耗媒质中的传播特性，能够计算不同导电媒质（弱导电媒质，良导体）中波的衰减因子、相位因子、本征阻抗、相速、波长、磁场和电场的复数和实数表达式、平均坡印廷矢量等相关计算并能灵活应用。（?课件例题，课本例
5.3.1，作业相关题目）
5. 掌握群速和相速之间的关系，掌握色散现象和色散媒质的概念，清楚无色散、正常色散和反常色散的区分条件。理解趋肤深度和趋肤效应等概念及表达式。
第六章均匀平面波的反射与透射
1.熟练掌握均匀平面波对三种不同媒质平面分界面(导电媒质分界面、理想导体平面、理想介质分界面)的垂直入射的分析计算，熟悉均匀平面波在不同媒质平面分界面的波阻抗、波数、反射系数、透射系数和驻波比的概念及公式。能够利用反射系数、透射系数对不同介质的平面分界面两侧的磁场和电场的复数表达式、实数表达式进行分析和计算。
2.能够判断入射波、透射波的极化类型，能够计算入射波、反射波和透射波的平均坡印廷矢量（平均功率密度）。（课件例题，课本例6.1.1，课后作业题）
3.掌握折射定律和反射定律及其表达式；掌握全反射与全透射的概念和特点。掌握临界角和布儒斯特角的概念和公式。
第七章导行电磁波
1.熟悉沿均匀导波装置传播的波的分类及特点（TEM波、TE波、TM波）。掌握用两个纵向场分量表示其余横向场分量的原理，掌握不同导波装置中不同波传播的条件和特点。
2.熟悉矩形波导的特点，掌握矩形波导中能够传输的波是哪些？理解矩形波导中不同结构模式波的模式分布图及不同分区。掌握矩形波导中波的传播特性，了解典型波的截止频率和截止波长。掌握单模传输时不同波对波导的尺寸要求。（例7.2.1，例7.2.2，例7.2.3）
3.矩形波导的主模是TE10模，掌握单模传输的优点。
4.圆柱形波导的特点，其中能够传播的波有哪些？掌握矩形波导中波的传播特性，圆柱形波导的主模是TE11模。
5.同轴波导的特点，其中能够传输的波是什么？同轴波导的主模是什么模？同轴波导中如何根据实际需要选择波导尺寸a，b的值？
6.了解谐振腔的定义与特点。掌握谐振腔的两个重要参量的物理意义及其计算公式。
7.熟悉传输线的三种工作状态及其特点。
考试题型：
填空题（20分）、选择题（单选）（10分）、是非题（5分）、名词解释（8分）、简答题（15分）、综合题（42分）
补充：相关知识总结
1．均匀平面波
均匀平面波的波阵面（或等相位面、波前）为平面，且在波阵面上各点的场强都相等。
也就是说，均匀平面波的电场E和磁场H除与时间t有关外，仅与传播方向的空间坐标变量有关。
均匀平面波：在与波传播方向垂直的无限大平面（即等相位面）内波场的方向、振幅和相位都相同。它的特性及讨论方法简单，但又能表征电磁波重要的和主要的性质。
均匀平面波是电磁波的一种最简单形式。实际应用的各种复杂形式的电磁波可以看成是由许多均匀平面波叠加的结果；远离波源的球面波，当所讨论的区域很小，可近似地看成平面波。分析均匀平面波这一特殊的电磁波形式，既可以使问题大大简化，又不妨碍对电磁波传播特性的认识，因此有着重要意义。重点是掌握均匀平面波在无界理想介质和有损耗媒质中的传播性；波的极化也是重点，它在分析波的反射和透射时有重要意义，不同极化的波有不同的应用领域。
均匀平面波在无界理想介质中传播时，其传播特性可归纳如下：
①是一个横电磁波（TEM波），电场E和磁场H都在垂直于传播方向的横向平面内。
②电场E与磁场H相互垂直，且沿波的传播方向（即波矢量的方向）。
③电场E与磁场H同相位，是实数。
④波在传播过程中无衰减，波形不变化。波的相速只与媒质参数? 、ε有关，与频率无关，是非色散波。
均匀平面波在损耗介质中传播时，其传播特性可归纳如下：
①是一个横电磁波（TEM波），E和H都在垂直于传播方向的横向平面内。
②E与H相垂直，且沿波矢量的方向。
③E与H不同相位，是复数。
④波在传播过程中有衰减，波形要发生变化。波的相速不仅与媒质参数? 、ε、有关，还与频率有关，是色散波。
2．波矢量
波矢量k的大小等于波数k，方向则用波传播方向的单位矢量表示，即。这是描述电磁波传播特性的一个重要参数，它的大小直接表征电磁波的相位、相速、波长、衰减等参数，它的方向就是电磁波的传播方向。
在理想介质中，波矢量是一个实常矢量。它表明波在传播过程中无衰减，波形无变化。
在有损耗媒质中，波矢量是一个复矢量。它表明波在传播过程中有衰减，波形要发生变化。
引入传播常数，表征振幅的衰减，表征相位的变化。都是频率的复杂函数。
3．波阻抗
均匀平面波的电场与磁场的振幅之比称为波阻抗。它是表征电磁波特性的又一个重要参数，其大小和相位直接表征电场和磁场的相对大小和相位关系。
对于理想介质，波阻抗是一个仅与媒质参数?、ε有关的实数，表明电场和磁场同相位。
对于有损耗媒质，波阻抗为是一个不仅与媒质参数有关，还与频率有关的复数，表明磁场的相位落后电场一个临界角。
应该指出，引入波阻抗便于讨论电磁波在分界面上的入射、反射和透射问题，特别是处理对多层媒质的垂直入射问题时，等效波阻抗的概念很有用。
4．均匀平面波的反射和透射
电磁波的反射和透射，涉及不同媒质的分界面。简单的均匀平面波经反射后，将会出现波的叠加，形成驻、混合波、表面波等，引入了许多新概念，是教学中的难点，特别是斜入射问题。
重点是掌握对分界面的垂直入射问题。关于对分界面的斜入射问题，要紧紧抓住波沿任意方向传播的场表示式以及正确应用边界条件，讲清楚分析方法。
5．*波的全反射现象
平面电磁波斜入射到理想导体表面上会发生全反射。在一定条件下，平面电磁波斜入射到理想介质表现时也会发生全反射。这种全反射现象有重要意义和实用价值，例如光纤通信。
当平面波从稠密媒质（介电常数相对较大的介质）入射到稀疏媒质（介电常数相对较小的介质），且入射角等于或大于临界角时，就会发生全反射现象。下面从反射系数的大小和幅角来说明全反射现象。
入射角等于或大于临界角时，无论入射波是平行极化还是垂直极化，反射系数的模都等于1，表明发生了全反射。
应该指出，当发生全反射时，仍有透射波存在，但它已不是通常意义上的透射波，而是只存在于分界面的第二种介质一侧的薄层内、沿分界面方向传播的所谓表面波。这一结果说明在一定条件下，介质分界面也有引导电磁波的可能性。
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实验一 静电场边值问题 对于复杂边界的静电场边值问题，用解析法求解很困难，甚至是不可能的。在实际求解过程中，直接求出静电场的分布或电位又很困难，其精度也难以保证。本实验根据静电场与恒定电流场的相似性，用碳素导电纸中形成的恒定电流场来模拟无源区域的二维静电场，从而测出边界比较复杂的无源区域静电场分布。 一、 实验目的： 1、学习用模拟法测量静电场的方法。 2、了解影响实验精度的因素。 二、 实验原理： 在静电场的无源区域中，电场强度E '电位移矢量D '及电位Ф、满足下列方程： ▽×E 、= 0 ▽×D '= 0 D '=ε E 、 E 、 = - ▽φ 、 （1.1.1） 式中ε为静电场的介电常数。 在恒定电流场中，电场强度E 、电流密度J 及电位Ф满足下列方程： ▽×E = 0 ▽·J = 0 J = δE E =－▽Φ （1.1.2） 式中δ为恒定电流场中导电媒质的电导率。 因为方程组（1.1.1）与方程组（1.1.2）在形式上完全相似，所以φ、（静电场中的电位分布函数）与Φ（恒定电流场中的电位分布函数）应满足同样形式的微分方程。由方程组（1.1.1）和方程组（1.1.2）很容易求得： ▽·（ε▽φ、）= 0 （1.1.3） ▽·（δ▽Φ）= 0 （1.1.4） 式中ε与δ处于相应的位置，它们为对偶量。 若ε与δ在所讨论区域为均匀分布（即其值与坐标无关），则方程（1.1.3）、（1.1.4）均可简化为 拉普拉斯方程： 2?φ'= 0 02=Φ? 电位场解的唯一定理可知：满足相同微分方程的两个电位场，它们具有相同的边界电位值，因此，在保证边界电位值不变的情况下，我们可以用恒定电流场的模型来模拟无源区域的静电场，当静电场中媒质为均匀媒质时，其导电媒质也应为均匀媒质，这样测得的恒定电流场的电位分布就是被模拟的静电场的电位分布，不需要任何改动。 三、 实验内容及实验装置： 1、被测模型有两个：一个用来模拟无边缘效应的平行板电容器中的电位分布；另一个用来模拟有金属盖的无限长接地槽形导体内电位分布。被模拟的平行板电容器，加盖槽形导体及
电磁场实验指导书 北京信息科技大学
目录 实验一球形载流线圈的场分布与自感 (1) 实验二磁悬浮 (7) 实验三静电除尘 (10)
前 言 结合电磁场课程教学的电磁场实验课是完善教学效果，增进学生对电磁场现象和过程的感性认识，拓展有关电磁场工程应用知识面的重要环节。随着教学改革不断深化的进程, 电磁场教学实验在承接大学物理电磁学实验基础上的改进与提高势在必行。根据高等学校电磁场课程教学的基本要求，以电磁场系列实验课开设的需求为依据，我电磁场课程组设计、编写了电磁场实验教学的新内容，并在浙江大学求是公司的共同规划下，由该公司制作完成了第一阶段的三个实验的基本装置和设备，以应当前我国电磁场实验教学的实际需要。 实验一：球形载流线圈的场分布与自感 一、实验目的 1. 研究球形载流线圈（磁通球）的典型磁场分布及其自感参数； 2. 掌握工程上测量磁场的两种基本方法──感应电势法和霍耳效应法； 3. 在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场边值问题、自感参数和磁场测 量方法等知识点的理解，熟悉霍耳效应高斯计的应用。 二、实验原理 （1）球形载流线圈（磁通球）的磁场分析 如图11所示，当在z 向具有均匀的匝数密度分布的球形线圈中通以正弦电流i 时，可等效看作为流经球表面层的面电流密度K 的分布。显然，其等效原则在于载流安匝不变，即如设沿球表面的线匝密度分布为W ′，则在与元长度d z 对应的球面弧元d R 上，应有 图1-1球形载流线圈（磁通球） i 图1-2 呈轴对称性的计算场域
()d d N W R θi=z i 2R ??' ??? 因在球面上，θcos R z =，所以 ()d d cos sin d z R R θθθ== 代入上式，可知对应于球面上线匝密度分布W ′，应有 2sin d sin d 2N R R N W R R θθθθ?'== 即沿球表面，该载流线圈的线匝密度分布W ′正比于θsin ，呈正弦分布。因此，本实验模拟的在球表面上等效的面电流密度K 的分布为 sin N i 2R K e φθ=?? 由上式可见，面电流密度K 周向分布，且其值正比于θsin 。 因为，在由球面上面电流密度K 所界定的球内外轴对称场域中，没有自由电流的分布, 所 以, 可采用标量磁位m 为待求场量，列出待求的边值问题如下： 上式中泛定方程为拉普拉斯方程，定解条件由球表面处的辅助边界条件、标量磁位的参考点，以及离该磁通球无限远处磁场衰减为零的物理条件所组成。 通过求解球坐标系下这一边值问题，可得标量磁位 m1和m2 的解答，然后，最终得磁通球内外磁场强度为 (1-1) 和 ()()32m22cos sin 6r Ni R - r>R R r θ?θθ??=?=+ ??? H e e (1-2)()()()()()()2m12m2t1t212n n1n20102m102m2,0,0sin 200r r r r r r r R r r R N H H H H K i r R R B B H H r R θθ?θ?θθμμ??=→∞→∞???=???????-=-===?????=→==???=??=-?=?? H 泛定方程: BC:()()1m1cos sin 3r Ni - - r 电磁场与电磁波实验指导书 山东建筑大学信息与电气工程学院 前言 一、实验目的 《电磁场与电磁波》是一门理论性较强、概念抽象的重要的专业基础课程，也是一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础，通过本实验课程使学生们加深对“电磁场与电磁波”课程中基本理论和基本方法的理解，提高实验技能和基本操作技能。培养学生严谨的科学作风和科学方法、增强学生的创造能力。 二、实验前预习 每次实验前，学生须仔细阅读本实验指导书的相关内容，明确实验目的、要求；明确实验步骤、测试数据及需观察的现象；复习与实验内容有关的理论知识；预习仪器设备的使用方法、操作规程及注意事项；做好预习要求中提出的其它事项。 三、实验注意事项 1．实验开始前，应先检查本组的仪器设备是否齐全完备，了解设备使用方法及仪器的连接要求。 2．实验时每组同学应分工协作，轮流记录、操作等，使每个同学受到全面训练。 3．操作前应将仪器设备合理布置，然后按要求连接。 4．完成实验系统连接后，必须进行复查，逐项检查各设备、器件的位置、角度等是否正确。确定无误后，方可通电进行实验。 5．实验中严格遵循操作规程，绝对不允许带电操作。如发现异常声、味或其它事故情况，应立即切断电源，报告指导教师检查处理。 6．测量数据或观察现象要认真细致，实事求是。使用仪器仪表要符合操作规程，注意仪表的正确读数。 7．未经许可，不得动用其它组的仪器设备或工具等物。 8．实验结束后，实验记录交指导教师查看并认为无误后，方可拆除实验系统。最后，应清理实验桌面，清点仪器设备。 9．爱护公物，发生仪器设备等损坏事故时，应及时报告指导教师，按有关实验管理规定处理。 10．自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。 四、实验总结 每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外，还包括： 1．实验目的； 2．实验仪器设备（名称、型号）； 3．实验原理； 4．实验主要步骤及相应的连接图； 5．实验记录（测试数据、波形、现象）； 6．实验数据整理（按每项实验的"实验报告要求"进行计算、分析等）； 7．回答每项实验的有关问答题。 工程电磁场仿真实验 报告 ——叠钢片涡流损耗Maxwell 2D仿真分析（实验小组成员：文玉徐晨波葛晨阳郭鹏程栋） Maxwell仿真分析 ——二维轴向磁场涡流分析源的处理在学习了Ansoft公司开发的软件Maxwell后，对工程电磁场有了进一步的了解，这一软件的应用之广非我们所想象。本次实验只是利用了其中很小的一部分功能，涡流损耗分析。通过软件仿真、作图，并与理论值相比较，得出我们需要的实验结果。 在交流变压器和驱动器中，叠片钢的功率损耗非常重。大多数扼流线圈通常使用叠片，以减少涡流损耗，但这种损耗仍然很大。特别是在高频情况下，交变设备由脉宽调制波形所产生的涡流损耗不仅降低了设备的整体性能，也产生了热，因此做这方面的分析十分有必要。 一、实验目的 1)认识钢的涡流效应的损耗，以及减少涡流的方法； 2)学习涡流损耗的计算方法； 3)学习用MAXWELL 2D计算叠片钢的涡流。 二、实验模型 实验模型是4片叠钢片组成，每一篇截面的长和宽分别是12.7mm和 0.356mm，两片中间的距离为8.12um，叠片钢的电导率为2.08e6 S/m， 相对磁导率为2000，作用在磁钢表面的外磁场H z=397.77A/m，即B z=1T。 考虑到模型对X，Y轴具有对称性，可以只计算第一象限的模型。 三、实验步骤 一．单个钢片的涡流损耗分析 1、建立模型，因为是单个钢片的涡流分析，故位置无所谓，就放在中间， 然后设置边界为397.77A/m，然后设置频率，进行求解。 2、进行数据处理，算出理论值，并进行比较。 二、叠钢片涡流损耗分析 1、依照模型建立起第一象限的模型，将模型的原点与坐标轴的原点重 合，这样做起来比较方便。设置钢片的材质，使之符合实际要求。然 后设置边界条件和源，本实验的源为一恒定磁场，分别制定在上界和 右边界，然后考虑到对偶性，将左边界和下界设置为对偶。然后设置 求解参数，因为本实验是要进行不同的频率下，涡流损耗的分析，所 以设定好Frequency后，进行求解。 2、将Frequency分别设置为1Hz、60Hz、360Hz、1KHz、2KHz、5KHz、 10KHz，进行求解，注意每次求解时，要将Starting Mesh设定为 Initial，表示重新开始计算求解。记录下不同频率下的偶流损耗值和 最低磁通密度B min。 3、进行数据处理，把实验所得数据和理论值进行比较。得出实验结论。 四、仿真图样 叠钢片涡流分析 1、f=1HZ时 P=1.92719e-006 W 实验一：静电场的分析与求解 1.求二维标量场u（r）=y^2-x的梯度 [x,y]=meshgrid(-2:.2:2,-2:.2:2); z=y.^2-x; [px,py]=gradient(z,.2,.2); contour(z) hold on quiver(px,py) hold off title('等值线与梯度'); 2.2个等量同号点电荷组成的点电荷系的电势分布图clear v='1./((x-3).^2+y.^2).^0.5+1./((x+3).^2+y.^2).^0.5'; xmax=10; ymax=10; ngrid=30; xplot=linspace(-xmax,xmax,ngrid); [x,y]=meshgrid(xplot); vplot=eval(v); [explot,eyplot]=gradient(-vplot); clf; subplot(1,2,1),meshc(vplot); xlabel('x'); ylabel('y'); zlabel('电位'); subplot(1,2,2),axis([-xmax xmax -ymax ymax]); cs=contour(x,y,vplot); clabel(cs); hold on quiver(x,y,explot,eyplot) xlabel('x'); ylabel('y'); hold off 3.电偶极子的场（等位线和梯度） clear; clf; q=2e-6; k=9e9; a=1.5; b=-1.5; x=-6:0.6:6; y=x; [X,Y]=meshgrid(x,y); rp=sqrt((X-a).^2+(Y-b).^2); rm=sqrt((X+a).^2+(Y+b).^2); V=q*k*(1./rp-1./rm); [Ex,Ey]=gradient(-V); AE=sqrt(Ex.^2+Ey.^2); Ex=Ex./AE; Ey=Ey./AE; cv=linspace(min(min(V)),max(max(V)),49); 工程电磁场实验报告 姓名： 学号： 联系式： 指导老师： 实验一螺线管电磁阀静磁场分析 一、实验目的 以螺线管电磁阀静磁场分析为例，练习在 MAXWELL 2D 环境下建立磁场模型，并求解分析磁场分布以及磁场力等数据。 二、主要步骤 a) 建立项目：其中包括生成项目录，生成螺线管项目，打开新项目 与运行MAXWELL 2D。 b) 生成螺线管模型：使用MAXWELL 2D 求解电磁场问题首先应该选择求解 器类型，静磁场的求解选择Magnetostatic，然后在打开的新项目中定义画图平面，建立要求尺寸的螺线管几模型，螺线管的组成包括 Core 、Bonnet 、Coil 、Plugnut、Yoke。 c) 指定材料属性：访问材料管理器，指定各个螺线管元件的材料，其中部分 元件的材料需要自己生成，根据给定的BH 曲线进行定义。 图1 元件材料 图2 B-H曲线 d) 建立边界条件和激励源：给背景指定为气球边界条件，给线圈Coil 施加电 流源。 e) 设定求解参数：本实验中除了计算磁场，还需要确定作用在螺线管铁心上 的作用力，在求解参数中要注意进行设定。 f) 设定求解选项：建立几模型并设定其材料后，进一步设定求解项，在对话 框Setup Solution Options 进入求解选项设定对话框，进行设置。 三、实验要求 建立螺线管电磁阀模型后，对其静磁场进行求解分析，观察收敛情况，画各种收敛数据关系曲线，观察统计信息；分析 Core 受的磁场力，画磁通量等势线，分析P lugnut 的材料磁饱和度,画出其B H 曲线。通过工程实例的运行，掌握软件的基本使用法。 四、实验结果 1.螺线管模型 图3 2.自适应求解 图4 收敛数据 电磁场电磁波实验 实验一电磁感应定律的验证 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律的内容 2、了解半波天线感应器的原理及设计方法 ( 3、天线长短与电磁波波长的接收匹配关系 二、预习要求 1、麦克斯韦电磁理论的内容 2、什么是电偶极子 3、了解线天线基本结构及其特性 三、实验仪器 HD-CB-IV电磁场电磁波数字智能实训平台：1套 | 电磁波传输电缆：1套 平板极化天线：1副 半波振子天线：1副 感应灯泡：1个 四、实验原理 。 麦克斯韦电磁理论经验定律包括：静电学的库仑定律，涉及磁性的定律，关于电流的磁性的安培定律，法拉第电磁感应定律。麦克斯韦把这四个定律予以综合，导出麦克斯韦方程，该方程组系统而完整地概括了电磁场的基本规律，并预言了电磁波的存在。麦克斯韦提出的涡旋电场和位移电流假说的核心思想是：变化的磁场可以激发涡旋电场，变化的电场可以激发涡旋磁场；电场和磁场不是彼此孤立的，它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。下面我们通过制作感应天线体，来验证电磁场的存在。 如图示：电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元可以辐射电磁波，故又称为元天线，元天线是最基本的天线。电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等。 本实验重点介绍其中的一种半波天线。 半波天线又称半波振子，是对称天线的一种最简单的模式。对称天线（或称对称振子）可以看成是由一段末端开路的双线传输线形成的。这种天线是最通用的天线型式之一，又称为偶极子天线。而半波天线是对称天线中应用最为广泛的一种天线，它具有结构简单和馈电方便等优点。 半波振子因其一臂长度为λ /4 ，全长为半波长而得名。其辐射场可由两根单线驻波天线的辐射场相加得到，于是可得半波振子（L= λ /4 ）的远区场强有以下关系式： — │ E │ =[60 Im cos( π cos θ /2)]/R 。sin θ=[60 Im/R 。] │ f( θ ) │ 式中，f( θ ) 为方向函数。对称振子归一化方向函数为│ F( θ ) │ = │ f( θ ) │ / fmax=|cos( π cos θ /2)/sin θ | 其中fmax 是f( θ ) 的最大值。由上式可画出半波振子的方向图如下: 半波振子方向函数与ψ无关，故在H 面上的方向图是以振子为中心的一个圆，即为全方性的方向图。在 E 面的方向图为8 字形，最大辐射方向为θ = π /2 ，且只要一臂长度不超过λ，辐射的最大值始终在θ = π /2 方向上；若继续增大L ，辐射的最大方向将偏离θ = π /2 方向。 五、实验步骤 （一）测量电磁波发射频率 1、用N型电缆直接将“输出口1”连接至“功率频率检测口”。 ） 2、在液晶界面上同时显示出发射功率及频率。 电磁场实验报告 姓名：KZY 班级：自动化1405 学号：090114050X 时间：2016年10月23日 实验名称单缝衍射实验、自由空间中电磁波参量的测量 一、实验目的 1、了解电磁波的空间传播特性 2、通过对电磁波波长、波幅和波节的测量进一步了解和认识电磁 波。 3、利用电磁波的干涉原理，研究均匀无耗媒质εr的测量方法。 4、熟悉均匀无耗媒质分界面对电磁波的反射和透射特性。 二、实验仪器设备 1、单缝衍射仪器配置 2、单缝衍射板 3、半透射板 4、全反射板 三、实验原理 1、单缝衍射原理 查阅参考书籍可知，当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。在缝后面出现的衍射波强度并不是均匀的，中央最强，同时也最宽。在中央的两侧衍射波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时衍射角为Фmin=sin-1λ/α。其中λ是波长，α是狭缝宽度。两者取同一长度单位，然后，随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角 度为：Фmin=sin-1（3/2·λ/α）。 2、迈克尔逊干涉原理 由于两列波存在一定关系的波程差，两列波将发生干涉。而两列波发生干涉，存在合成振幅会出现最大与最小的情况。实验中，为了提高测量波长的精确度，测量多个极小值的位置，设S0为第一个极小值的位置吗，S n为第（n+1）个极小值的位置，L=|S n-S0|，则波长λ=2L/n。 三、实验内容与实验步骤 （1）单缝衍射实验 1、打开DH1121B的电源； 2、将单缝衍射版的缝宽α调整为70mm左右，将其安放在刻度盘上，衍射版的边线与刻度盘上两个90°对齐。 工程电磁场实验 前言 1.实验总体目标 熟练掌握常用实验仪器的使用方法，加深对工程电磁场课程内容的理解，熟悉ANSYS 软件平台的使用。 ⒉适用专业 电气工程及其自动化专业 ⒊先修课程 高等数学、电路、工程电磁场 ⒌实验环境 基于ANSYS平台的电磁场数值仿真实验要求每人一台计算机，共约70台。 ⒍实验总体要求 完成实验指导书中各项实验内容，并认真回答思考题。 ⒎本实验的重点、难点及教学方法建议 本实验的重点是利用恒定磁场的计算方法计算通电线圈周围的磁场，并与实测值比较，检验测量方法的正确性。 实验一 通电线圈磁场测量 一、实验目的 1．通过测量通电线圈周围产生的磁场及单匝线圈的感应电动势，加深对时变电磁场的理解。 2．掌握高斯计、万用表和电流表的使用方法。 3.了解电压、电流和磁场的一般测量方法。 二、实验类型 本实验为综合型教学实验。 三、实验仪器 1．变压器220V/36V （实验台仪表屏上）。 2．主线圈200匝，线圈内直径400mm ，线圈导线（铜漆包线）直径 0.5mm ，线圈自身高度 10mm ，径向厚度10mm ，置于骨架下部靠下挡板。 3．单匝线圈，靠近上挡板，用于测量感应电动势。 4．高斯计频率范围30Hz~2kHz ，可实现三维磁场测量，测量上限2000mG/200μT 。 5．万用表、电流表、毫伏表、卷尺。 四、实验原理 通电线圈周围将产生变化的磁场，该变化磁场又会在单匝线圈回路产生感应电动势。 电磁感应定律：线圈回路中感应电动势的大小与穿过回路的磁通随时间的变化律成正比，即 dt d e Φ - = 五、实验内容 1．测量变压器一次侧和二次侧开路电压，确定变压器变比（实验台变压器不需此步）。 2．测量主线圈回路直流电阻、变压器二次侧负载电压和主线圈回路电流。 3．测量线圈周围磁场的沿线分布，并与解析解进行比对。 4．测量单匝线圈感应电动势。 六、实验步骤 1．接通电源，将变压器低压侧调节到11V 。 2．使用万用表测量主线圈和单匝线圈回路直流电阻。 3．连通主线圈回路，测量变压器二次侧负载电压和主线圈回路电流。 4．选定两条测量线，利用高斯计测量线圈周围磁场的沿线分布，并与解析解进行比对。 5．使用毫伏表测量单匝线圈感应电动势。 七、实验注意事项 1．实验过程中注意人员安全，请勿带电时触摸变压器抽头。 2．通过测量回路直流电阻，区分主线圈和单匝线圈，避免接线时将变压器短路。 3．使用万用表和电流表时，注意量程选择，防止毁坏仪表。 频谱特性测量演示实验 1.ESPI 测试接收机所测频率范围为: 9KHz—3GHz 2.ESPI 测试接收机的RF输入端口 最大射频信号: +30dbm，最大直流:50v 3.是否直观的观测到电磁波的存在？（回答是/否） 否 4.演示实验可以测到的空间信号有哪些，频段分别为: 广播：531K~1602KHz GSM900：上行：890~915 MHz 下行：935~960 MHz GSM1800：上行：1710~1755 MHz 下行：1805~1850 MHz WCDMA：上行：1920～1980MHz 下行：2110～2170MHz CDMA2000：上行：1920～1980MHz 下行：2110～2170MHz TD-SCDMA：2010～2025MHz 5.课堂演示的模拟电视和数字电视频谱图：如何判断是模拟还是数字电视？ 模拟信号以残留边带调幅方式频分复用传输,有明确的载波频率,不同频道的图像有不同的载波频率。模拟信号频谱为:每8MHz带宽即一个频道内,能量集中分布在图像载频上,在该载频附近有一个跳动的峰,为彩色副载波所在,再远一点(在8MHz内)还有一个峰,为伴音副载波的峰。 数字信号：一个数字频道的已调信号像一个抬高了的噪声平台, 均匀地平铺于整个带宽之内, 它的能量是均匀分布在整个限定带宽内的。 6.课堂演示GSM900上下行频谱图，CDMA下行频谱图，3G下行频谱图： GSM900上行： GSM900下行： CDMA下行： 3G下行： 7.该频谱仪能检测的频谱范围，是否能观察到WIFI、电磁炉、蓝牙等频谱？（请 分别说明，并指出其频率） 可以 该频谱仪能检测的频谱范围为9KHz—3GHz 所以，能够观察到：WIFI：2.4G 电磁炉：20KHz—30KHz 蓝牙：2.4G 网络参量测量演示实验 1矢量网络分析仪所测频段：300KHz—3GHz 2端口最大射频信号: 10DBM 3矢量网络分析仪为何要校准： 首先，仪器的硬件电路需要校正，即消除仪器分析的系统误差；其次，分析仪的测量精度很大程度上受分析仪外部附件的影响，测试的组成部分如连接电缆和适配器幅度和相位的变化会掩盖被测件的真实响应，必须通过用户校准去除这些附件的影响。 4默认校准和用户校准的区别： 默认校准通过网络分析仪的套包的一系列校准标准来完成，对系统误差进行校准；用户校准时校准标准由用户制定，由用户定义的标准来完成，用于对参考面等进行精确校准。 5使用矢量网络分析仪的注意事项： 1、检查电源： 分析仪加电前，必须确认供电电源插座的保护地线已经可靠接地； 2、供电电源要求： 为防止或减少由于多台设备通过电源产生的相互干扰，特别是大功率设备产生的尖峰脉冲干扰可能造成分析仪硬件的毁坏，最好用220V交流稳压电源为分析仪供电； 3、电源线的选择： 使用随机携带的电源线，更换电源线时，最好使用同类型的电源线； 实验一 矢量分析 一、实验目的 1.掌握用matlab 进行矢量运算的方法。 二、基础知识 1. 掌握几个基本的矢量运算函数：点积dot(A,B)、叉积cross(A,B)、求模运算norm(A)。等 三、实验内容 通过调用函数，完成下面计算 内容1. 给定三个矢量A 、B 和C 如下： 23452x y z y z x z A e e e B e e C e e =+-=-+=- 求（1）A e ；（2）||A B -； （3）A B ?； （4）AB θ （5）A 在B 上的投影 （6）A C ?； （7）()A B C ??和()C A B ??； （8）()A B C ??和()A B C ?? A=[1,2,-3]; B=[0,-4,1]; C=[5,0,-2]; y1=A/norm(A) y2=norm(A-B) y3=dot(A,B) y4=acos(dot(A,B)/(norm(A)*norm(B))) y5=norm(A)*cos(y4) y6=cross(A,C) y71=dot(A,cross(B,C)) y72=dot(C,cross(A,B)) y81=cross(cross(A,B),C) y82=cross(A,cross(B,C)) 运行结果为： y1 =0.2673 0.5345 -0.8018 y2 = 7.2801 y3 =-11 y4 = 2.3646 y5 =-2.6679 y6 = -4 -13 -10 y71 =-42 y72 = -42 y81 = 2 -40 5 y82 = 55 -44 -11 参考答案：（1）[0.2673,0.5345,0.8018]A e =-； （2）||7.2801A B -=； （3）11A B ?=-； （4） 2.3646(135.4815)AB θ=；（5） 2.6679-；（6）[4,13,10]A C ?=---； （7）()()42A B C C A B ??=??=-；（8）()[2,40,5]A B C ??=-；()[55,44,11]A B C ??=-- 内容2. 三角形的三个顶点位于A(6,-1,2), B(-2,3,-4), C(-3, 1,5)点，求（1）该三角形的面积；（2）与该三角形所在平面垂直的单位矢量。 （答案S=42.0119, [0.2856,0.9283,0.238]n =±); A=[6 -1 2]; B=[-2 3 -4]; C=[-3 1 5]; Y1=norm(A-C); Y2=norm(B-C); Y3=dot(A-C,B-C); Y4=Y3/(Y1*Y2); Y5=sqrt(1-Y4*Y4); Y=0.5*Y5*Y1*Y2 n1=cross(A-C,B-C)/Y1*Y2*Y5 n=n1/norm(n1) 结果： Y =42.0119 n1 =21.4529 69.7219 17.8774 n =0.2856 0.9283 0.2380 三、实验报告 求解上面的的题目，把实验原理（数学计算过程）、仿真内容（程序与结果）写成实验报告。 电磁场与电磁波测量 实验报告 电磁波的反射和折射实验 2016年03月7日 姓名 学号 班级 班内序号 米靳隆 2013211004 7 16 岳志恒 2013211005 7 17 王力 2013211006 7 18 实验一电磁波反射和折射实验 1 实验目的 熟悉S426型分光仪的使用方法 掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法 掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法 2 实验设备 S426型分光仪 图1 S426型分光仪 3 实验原理 电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居法线两侧，反射角等于入射角。 电磁波斜入射到两种不同媒质分界面上时会发生反射和折射现象，同时，分界面对电磁波的反射和折射现象与入射波的极化方向有关。 4 实验内容与步骤 4.1 熟悉分光仪的结构和调整方法 4.2 连接仪器，调整系统 仪器连接时，两喇叭口面应相互正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90刻度处，将支座放在工作平台上， 并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。 4.3 测量入射角和反射角 反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。这是小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读数就是入射角，然后转动活动臂在表头上找到一最大指示，此时活动臂上的指针所指的刻度就是反射角。如果此时表头指示太大或太小，应调整衰减器、固态振荡器或晶体检波器，使表头指示接近满量程。 做此项实验，入射角最好取30至65度之间。因为入射角太大接受喇叭有可能直接接受入射波。做这项实验时应注意系统的调整和周围环境的影响。 5 实验数据处理与误差分析 5.1 金属板全反射实验 5.1.1 实验数据 表1 金属全反射实验结果记录 5.1.2 数据分析 理论上的反射角应等于入射角，实验测得的反射角在与入射角接近的角度附近有两个不同的峰值，但与入射角值，验证了电磁波的反射定律。但是随着入射角的增大，入射角和反射角的差值有逐渐增大的趋势。 5.1.3 误差分析 1. 实验仪器本身存在系统误差，两个喇叭天线、反射板之间无法实现绝对的平行或垂直。 2. 环境影响产生误差，分光仪的一侧是墙壁，而另一侧是实验室内空间，两侧环境带来不同的且不稳定的漫反射，从而干扰了电磁波。随着入射角的增大，两个喇叭天线之间的距离越大，环境影响产生的误差也就越显著。 CENTRAL SOUTH UNIVERSITY 题目利用Matlab模拟点电荷电场的分布姓名xxxx 学号xxxxxxxxxx 班级电气xxxx班 任课老师xxxx 实验日期2010-10 电磁场理论 实验一 ——利用Matlab 模拟点电荷电场的分布 一．实验目的： 1．熟悉单个点电荷及一对点电荷的电场分布情况； 2．学会使用Matlab 进行数值计算，并绘出相应的图形； 二．实验原理： 根据库伦定律：在真空中，两个静止点电荷之间的作用力与这两个电荷的电量乘积成正比，与它们之间距离的平方成反比，作用力的方向在两个电荷的连线上，两电荷同号为斥力，异号为吸力，它们之间的力F 满足： R R Q Q k F ? 212 = (式1) 由电场强度E 的定义可知： R R kQ E ? 2 = (式2) 对于点电荷，根据场论基础中的定义，有势场E 的势函数为 R kQ U = (式3) 而 U E -?= (式4) 在Matlab 中，由以上公式算出各点的电势U ，电场强度E 后，可以用Matlab 自带的库函数绘出相应电荷的电场分布情况。 三．实验内容： 1. 单个点电荷 点电荷的平面电力线和等势线 真空中点电荷的场强大小是E=kq /r^2 ,其中k 为静电力恒量, q 为电量, r 为点电荷到场点P(x,y)的距离。电场呈球对称分布, 取电量q> 0, 电力线是以电荷为起点的射线簇。以无穷远处为零势点, 点电荷的电势为U=kq /r,当U 取 常数时, 此式就是等势面方程.等势面是以电荷为中心以r 为半径的球面。 平面电力线的画法 在平面上, 电力线是等角分布的射线簇, 用MATLAB 画射线簇很简单。取射线的半径为( 都取国际制单位) r0=, 不同的角度用向量表示( 单位为弧度) th=linspace(0,2*pi,13)。射线簇的终点的直角坐标为: [x,y]=pol2cart(th,r0)。插入x 的起始坐标x=[x; *x].同样插入y 的起始坐标, y=[y; *y], x 和y 都是二维数组, 每一列是一条射线的起始和终止坐标。用二维画线命令plot(x,y)就画出所有电力线。 平面等势线的画法 在过电荷的截面上, 等势线就是以电荷为中心的圆簇, 用MATLAB 画等势 线更加简单。静电力常量为k=9e9, 电量可取为q=1e- 9; 最大的等势线的半径应该比射线的半径小一点 r0=。其电势为u0=k8q /r0。如果从外到里取7 条等势线, 最里面的等势线的电势是最外面的3 倍, 那么各条线的电势用向量表示为: u=linspace(1,3,7)*u0。从- r0 到r0 取偶数个点, 例如100 个点, 使最中心点的坐标绕过0, 各点的坐标可用向量表示: x=linspace(- r0,r0,100), 在直角坐标系中可形成网格坐标: [X,Y]=meshgrid(x)。各点到原点的距离为: r=sqrt(X.^2+Y.^2), 在乘方时, 乘方号前面要加点, 表示对变量中的元素进行乘方计算。各点的电势为U=k8q. /r, 在进行除法运算时, 除号前面也要加点, 同样表示对变量中的元素进行除法运算。用等高线命令即可画出等势线 contour(X,Y,U,u), 在画等势线后一般会把电力线擦除, 在画等势线之前插入如下命令hold on 就行了。平面电力线和等势线如图1, 其中插入了标题等等。越靠近点电荷的中心, 电势越高, 电场强度越大, 电力线和等势线也越密。 信息与通信工程学院 电磁场与电磁波实验报告 题目：校园信号场强特性的研究 姓名班级学号序号薛钦予2011210496 201121049621 一、实验目的 1.掌握在移动环境下阴影衰落的概念以及正确的测试方法； 2.研究校园内各种不同环境下阴影衰落的分布规律； 3.掌握在室内环境下场强的正确测量方法，理解建筑物穿透损耗的概念； 4.通过实地测量，分析建筑物穿透损耗随频率的变化关系； 5.研究建筑物穿透损耗与建筑材料的关系。 二、实验原理 1、电磁波的传播方式 无线通信系统是由发射机、发射天线、无线信道、接收机、接收天线所组成。对于接受者，只有处在发射信号的覆盖区内，才能保证接收机正常接受信号，此时，电波场强大于等于接收机的灵敏度。因此基站的覆盖区的大小，是无线工程师所关心的。决定覆盖区的大小的主要因素有：发射功率，馈线及接头损耗，天线增益，天线架设高度，路径损耗，衰落，接收机高度，人体效应，接收机灵敏度，建筑物的穿透损耗，同播，同频干扰等。 电磁场在空间中的传输方式主要有反射﹑绕射﹑散射三种模式。当电磁波传播遇到比波长大很多的物体时，发生反射。当接收机和发射机之间无线路径被尖锐物体阻挡时发生绕射。当电波传播空间中存在物理尺寸小于电波波长的物体﹑且这些物体的分布较密集时，产生散射。散射波产生于粗糙表面，如小物体或其它不规则物体﹑树叶﹑街道﹑标志﹑灯柱。 2、尺度路径损耗 在移动通信系统中，路径损耗是影响通信质量的一个重要因素。大尺度平均路径损耗：用于测量发射机与接收机之间信号的平均衰落，即定义为有效发射功率和平均接受功率之间的（dB）差值，根据理论和测试的传播模型，无论室内或室外信道，平均接受信号功率随距离对数衰减，这种模型已被广泛的使用。对任意的传播距离，大尺度平均路径损耗表示为： ()[]()() =+（式1） 010log/0 PL d dB PL d n d d 即平均接收功率为： ()[][]()()()[]() =--=- Pr010log/0Pr010log/0 d dBm Pt dBm PL d n d d d dBm n d d （式2）其中，定义n为路径损耗指数，表明路径损耗随距离增长的速度，d0为近地参考距离，d为发射机与接收机之间的距离。公式中的横杠表示给定值d的所有可能路径损耗的综合平均。坐标为对数－对数时，平均路径损耗或平均接收功率可以表示为斜率10ndB /10 倍程的直线。n依赖于特定的传播环境，例如在自由空间，n为2；当有阻挡物时，n比2大。 静电场边值问题实验 对于复杂边界的静电场边值问题，用解析法求解很困难，甚至是不可能的。在实际求解过程中，直接求出静电场的分布或电位又很困难，其精度也难以保证。本实验根据静电场与恒定电流场的相似性用碳素导电纸中形成的恒定电流场来模拟无源区域的二维静电场，从而测出边界比较复杂的无源区域静电场分布。 一、 实验目的： 1、学习用模拟法测量静电场的方法。 2、了解影响实验精度的因素。 二、 实验原理： 在静电场的无源区域中，电场强度E '电位移矢量D '及电位Ф、满足下列方程： ▽×E 、= 0 ▽×D '= 0 D '=ε E 、 E 、 = - ▽φ 、 （1） 式中ε为静电场的介电常数。 在恒定电流场中，电场强度E 、电流密度J 及电位Ф满足下列方程： ▽×E = 0 ▽·J = 0 J = δE E =－▽Φ （2） 式中δ为恒定电流场中导电媒质的电导率。 因为方程组（1）与方程组（2）在形式上完全相似，所以φ、（静电场中的电位分布函数）与Φ（恒定电流场中的电位分布函数）应满足同样形式的微分方程。由方程组（1）和方程组（2）很容易求得： ▽·（ε▽φ、）= 0 （3） ▽·（δ▽Φ）= 0 （4） 式中ε与δ处于相应的位置，它们为对偶量。 若ε与δ在所讨论区域为均匀分布（即其值与坐标无关），则方程（3）、（4）均可简化为拉普拉斯方程： 2?φ'= 0 02=Φ? 电位场解的唯一定理可知：满足相同微分方程的两个电位场，它们具有相同的边界电位值，因此，在保证边界电位值不变的情况下，我们可以用恒定电流场的模型来模拟无源区域的静电场，当静电场中媒质为均匀媒质时，其导电媒质也应为均匀媒质，这样测得的恒定电流场的电位分布就是被模拟的静电场的电位分布，不需要任何改动。 电磁场与电磁波实验 １、学生必须按时到指定实验室做实验，不迟到、不早退，不喧哗，不乱扔杂物；爱护公物，严禁在实验桌面上乱刻、乱画。保持实验室良好的实验环境。 ２、实验前学生必须对所做的实验进行充分预习，并写出预习报告。实验前应认真了解所用仪器、设备、仪表的使用方法与注意事项。在启动设备之前，需经指导教师检查认可。 ３、实验时，要严肃认真，正确操作，仔细观察，真实记录实验数据的结果。实验中严禁违章操作，遇到仪器设备故障要及时报告，不得自行拆卸。不得做与实验无关的事情，不得动与实验无关的设备，不得进入与实验无关的场所。 ４、实验中，如发现仪器设备损坏或丢失，应及时报告，查明原因。凡属违反操作规程导致设备损坏或自行丢失仪表工具的，要追究责任，照章赔偿。 5、若发生事故，不要惊慌，必须立即切断电源，要保持现场并报告老师，以便查明情况，酌情处理。 6、实验完毕后，要按要求整理好试验设备、器材和工具等，关断电源。经指导教师检查数据并签字后，方可离开实验室。 ７、学生需做开放性实验时，应事先与有关实验室（中心）联系，报告自己的实验目的、内容。实验结束后应整理好实验现场。 ８、学生必须认真做好实验报告，在规定时间内交给指导教师批阅。 目录 实验一电磁波感应器的设计与制作 实验二电磁波传播特性实验 实验三电磁波的极化实验 实验四天线方向图测量实验 实验一电磁波感应器的设计与制作 一、预习要求 1、什么是法拉第电磁感应定律？ 2、什么是电偶极子？ 3、了解线天线基本结构及其特性。 二、实验目的 1、认识时变电磁场，理解电磁感应的原理和作用。 2、通过电磁感应装置的设计，初步了解天线的特性及基本结构。 3、理解电磁波辐射原理。 三、实验原理 随时间变化的电场要在空间产生磁场，同样，随时间变化的磁场也要在空间产生电场。电场和磁场构成了统一的电磁场的两个不可分割的部分。能够辐射电磁波的装置称为天线，用功率信号发生器作为发射源，通过发射天线产生电磁波。 图1 电磁感应装置 如果将另一付天线置于电磁波中，就能在天线体上感生高频电流，我们可以称之为接收天线，接收天线离发射天线越近，电磁波功率越强，感应电动势越大。如果用小功率的白炽灯泡接入天线馈电点，能量足够时就可使白炽灯发光。接收天线和白炽灯构成一个完整的电磁感应装置，如图1所示。 电偶极子是一种基本的辐射单元，它是一段长度远小于波长的直线电流元，线上的电流均匀同相，一个作时谐振荡的电流元可以辐射电磁波，故又称为元天线，元天线是最基本的天线。电磁感应装置的接收天线可采用多种天线形式，相对而言性能优良，但又容易制作，成本低廉的有半波天线、环形天线、螺旋天线等，如图2所示。 工程电磁场实验指导材料 实验一用模拟法测绘静电场 带电导体（有时称电极）在空中形成的静电场，除极简单的情况外，大都不能求出它的数学表达式，往往借助实验的方法来确定静电场的分布。如果采用仪器直接测量静电场，设备比较复杂，对测量技术的要求也很高。本实验介绍一种间接的测定方法（称模拟法）来测量静电场。 模拟法的特点是仿造另一个电场（称模拟场），使它与原电场完全一样，当用探针去测模拟场时，它不受干扰，因此可间接地测出被模拟的静电场。 一、目的 1．学习用模拟法描述和研究静电场分布的概念和方法； 2．测绘等位线，根据等位线画出电力线，加深对电场强度和电位要领的理解及静电场分布规律的认识。 二、原理 1.用电流场模拟静电场 用模拟法测量静电场的方法之一是用电流场代替静电场。由电磁学理论可知，电解质（或水液）中稳恒电流的电流场与电介质（或真空）中的静电场具有相似性。在电流场的无源区域中，电流密度矢量j满足 ∮j?ds=0 ∮j?dl=0(1) 在静电场的无源区域中，电场强度矢量E满足 ∮E?ds=0 ∮E?dl=0 (2) 由(1)式和(2)式可看出电流场中的电流密度矢量j和静电场中的电场强度矢量E所遵从的物理规律具有相同的数学形式，所以这两种场具有相似性。在相似的场源分布和相似的边界条件下，它们的解的表达式具有相同的数学模型。如果把连接电源的两个电极放在不良导体如稀薄溶液（或水液）中，在溶液中将产生电流场。电流场中有许多电位彼此相等的点，测出这些电位相等的点，描绘成面就是等位面。这些面也是静电场中的等位面。通常电场分布是在三维空间中，但在水液中进行模拟实验时，测出的电场是在一个水平面内的分布。这样等位面就变成了等位线。根据电力线与等位线正交的关系，即可画出电力线，这些电力线上每一点切线方向就是该点电场强度E的方向。这样就可以用等位线和电力线形象地表示静电场的分布了。 检测电流中各等位线时，不影响电力线的分布。测量支路不能从电流场中取出电流，因此，必须使用高内阻电压表或平衡电桥法进行测绘。但直流电压长时间加在电极上，在水液中会使电极产生“极化作用”而影响电流场的分布，若把直流电压换成交流电压就能消除这种影响。当电极接上交流电压时，产生交流电场的瞬时值是随时间变化的，但交流电压的有电磁场实验指导书解读
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