东南大学场与波实验报告 .pdf

实验一 静电场仿真1．实验目的建立静电场中电场及电位空间分布的直观概念。

2．实验仪器计算机一台3．基本原理当电荷的电荷量及其位置均不随时间变化时，电场也就不随时间变化，这种电场称为静电场。

点电荷q 在无限大真空中产生的电场强度E 的数学表达式为（1-1）真空中点电荷产生的电位为（1-2）其中，电场强度是矢量，电位是标量，所以，无数点电荷产生的电场强度和电位是不一样的，电场强度为4= （1-3） 电位为4= （1-4） 本章模拟的就是基本的电位图形。

4．实验内容及步骤（1）点电荷静电场仿真题目：真空中有一个点电荷-q，求其电场分布图。

程序1:负点电荷电场示意图clear[x,y]=meshgrid(-10:1.2:10);E0=8.85e-12;q=1.6*10^(-19);r=[];r=sqrt(x.^2+y.^2+1.0*10^(-10))m=4*pi*E0*r;m1=4*pi*E0*r.^2;E=(-q./m1).*r;surfc(x,y,E);负点电荷电势示意图clear[x,y]=meshgrid(-10:1.2:10); E0=8.85e-12;q=1.6*10^(-19);r=[];r=sqrt(x.^2+y.^2+1.0*10^(-10))m=4*pi*E0*r;m1=4*pi*E0*r.^2;z=-q./m1surfc(x,y,z);xlabel('x','fontsize',16)ylabel('y','fontsize',16)title('负点电荷电势示意图','fontsize',10)程序2clearq=2e-6;k=9e9;a=1.0;b=0;x=-4:0.16:4;y=x; [X,Y]=meshgrid(x,y);R1=sqrt((X+1).^2+Y.^2+1.0*10^(-10)); R2=sqrt((X-1).^2+Y.^2+1.0*10^(-10));Z=q*k*(1./R2-1./R1);[ex,ey]=gradient(-Z);ae=sqrt(ex.^2+ey.^2);ex=ex./ae;ey=ey./ae; cv=linspace(min(min(Z)),max(max(Z)),40); contour(X,Y,Z,cv,'k-');hold onquiver(X,Y,ex,ey,0.7);clearq=2e-6;k=9e9;a=1.0;b=0;x=-4:0.15:4;y=x; [X,Y]=meshgrid(x,y);R1=sqrt((X+1).^2+Y.^2+1.0*10^(-10));R2=sqrt((X-1).^2+Y.^2+1.0*10^(-10));U=q*k*(1./R2-1./R1);[ex,ey]=gradient(-U);ae=sqrt(ex.^2+ey.^2);ex=ex./ae;ey=ey./ae; cv=linspace(min(min(U)),max(max(U)),40); surfc(x,y,U);实验二恒定电场的仿真1．实验目的建立恒定电场中电场及电位空间分布的直观概念。

电磁场与电磁波实验报告实验一 电磁场参量的测量一、 实验目的1、 在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性互相垂直。

2、 熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，并确定电磁波的相位常数β和波速υ。

二、 实验原理两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内从相同（或相反）方向传播时，由于初始相位不同发生干涉现象，在传播路径上可形成驻波场分布。

本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间内电磁波波长λ的值，再由 λπβ2=，βωλν==f得到电磁波的主要参量：β和ν等。

本实验采取了如下的实验装置设入射波为φj i i e E E -=0，当入射波以入射角1θ向介质板斜投射时，则在分界面上产生反射波r E 和折射波t E 。

设介质板的反射系数为R ，由空气进入介质板的折射系数为0T ，由介质板进入空气的折射系数为c T ，另外，可动板2r P 和固定板1r P 都是金属板，其电场反射系数都为-1。

在一次近似的条件下，接收喇叭处的相干波分别为1001Φ--=j i c r e E T RT E ，2002Φ--=j i c r e E T RT E这里 ()13112r r r L L L ββφ=+=；()()231322222L L L L L L r r r r βββφ=+∆+=+=；其中12L L L -=∆。

又因为1L 为定值，2L 则随可动板位移而变化。

当2r P 移动L ∆值，使3r P 有零指示输出时，必有1r E 与2r E 反相。

故可采用改变2r P 的位置，使3r P 输出最大或零指示重复出现。

从而测出电磁波的波长λ和相位常数β。

下面用数学式来表达测定波长的关系式。

在3r P 处的相干波合成为()210021φφj j i c r r r e e E T RT E E E --+-=+=或写成 ()⎪⎭⎫ ⎝⎛+-∆Φ-=200212cos 2φφj i c r eE T RT E （1-2）式中L ∆=-=∆Φβφφ221为了测量准确，一般采用3r P 零指示法，即02cos =∆φ或π)12(+=∆Φn ，n=0,1,2......这里n 表示相干波合成驻波场的波节点（0=r E ）数。

信息电子中的场与波实验指导讲义东南大学光传感/通信综合网络国家地方联合工程研究中心江苏省光传感/通信与网络工程技术研究中心2015年12月目录前言 (I)第一部分：微波实验 (1)第一章微波实验仪器介绍 (2)1.1YS1123标准信号发生器 (2)1.2GX2C-1功率计 (3)1.3YS3892选频放大器 (4)1.4BD20A三厘米波导系统 (5)1.5TC26A三厘米波导测量线 (6)1.6TS7三厘米波导精密衰减器 (7)第二章微波频率与波长测量实验 (8)第三章电压驻波比与相位常数测量实验 (12)第四章功率与衰减测量实验 (15)第五章定向耦合器和隔离器测量实验 (17)第六章 3cm 波导系统联接频谱仪方案 (20)第二部分：光波实验 (22)第七章光纤实验系统组成介绍 (23)7.1、结构简介 (23)7.2、配套仪器 (24)7.3、系统结构框图 (25)7.4、系统特点 (25)7.5、液晶显示菜单 (26)7.6、使用注意点 (27)第八章光纤通信认知实验 (28)实验1 光纤、光缆的识别实验 (28)实验2 电光、光电转换传输实验 (33)第九章光元件及传输实验 (35)实验1 波分复用器的性能指标测量 (35)实验2 光纤信道眼图观察 (40)前言作为信息传输载体的电磁波具有很宽的波谱，其中微波与光波得到最广泛的应用。

信息电子中的场与波这门课程着重讲解了微波、光波的基础知识，包括微波波导、微波元件及光纤、光波导、光元件等内容。

本讲义是为了配合该课程教学而设计的实验内容。

本讲义在微波与光波两个波段分别开展了相关实验。

为加深对传输线、波导系统的理解，设计了3cm波导测试系统，运用传输线理论与微波波导理论对该实验过程及结果进行分析与指导。

针对光波传输系统，采用光电结合的方式，用示波器展示光收发及传输的结果。

演示光纤熔接、光纤功率测量等内容，通过对光收发、传输各模块的实验加深同学们对光电器件理论的理解与认识。

最新电磁场与电磁波实验报告
在本次实验中，我们深入研究了电磁场与电磁波的基本特性，并进行了一系列的实验来验证理论和观测实际现象。

以下是实验的主要部分和观察结果的概述。

实验一：静电场的建立与测量
我们首先建立了一个简单的静电场，通过使用高压电源对两个相对的金属板进行充电。

通过改变电源的电压，我们观察到金属板上的电荷积累情况，并使用电位差计测量了电场强度。

实验数据显示，电场强度与电压成正比，这与库仑定律的预测一致。

实验二：电磁波的产生与传播
接下来，我们通过振荡电路产生了电磁波。

在一个封闭的微波腔中，我们使用电磁波发生器产生不同频率的电磁波，并通过特殊的探测器来测量波的传播特性。

实验结果表明，电磁波的传播速度在不同的介质中有所变化，这与介质的电磁特性有关。

实验三：电磁波的极化与干涉
在这部分实验中，我们研究了电磁波的极化现象。

通过使用不同极化的波前，我们观察到了波的干涉效应。

特别是在双缝干涉实验中，我们观察到了明显的干涉条纹，这证明了电磁波的波动性质。

实验四：电磁波的吸收与反射
最后，我们探讨了电磁波与物质相互作用的过程。

通过将电磁波照射在不同材料的样品上，我们测量了波的吸收和反射率。

实验发现，吸收和反射率与材料的电磁性质密切相关，并且可以通过改变波的频率来调整这些性质。

通过这些实验，我们不仅验证了电磁场与电磁波的基本理论，而且加深了对这些现象在实际应用中的理解。

这些实验结果对于无线通信、雷达技术以及其他相关领域的研究和开发具有重要的指导意义。

“信息电子技术中的场与波”课程实验报告微波实验学号姓名同组同学实验地点电工电子中心502日期2015.12.31成绩实验1微波频率与波长测量实验一、实验目的1．学会使用选频放大器、功率指示计、信号发生器以及测试框架。

2．掌握基本的测量频率和波导波长的方法。

3．利用3cm波导测试系统，使用吸收式频率计作频率测量电磁波频率；使用测量线来测量波长和频率。

二、实验仪器及设备YS1123标准信号发生器，GX2C-1功率计，YS3892选频放大器，BD20A三厘米波导系统，TC26A三厘米波导测量线，TS7三厘米波导精密衰减器。

图1三、实验原理3.1测量信号源频率频率测量系统的实验连接图如图2。

图2 频率测量系统系统中的PX16频率计为吸收式频率计。

当传输线中相当一部分功率进入频率计谐振腔内，而另一部分从耦合元件处反射回去，在谐振时，腔中场很强，反射回去也强。

使之频率计的输出在谐振时明显减小，如下图所示。

图3也就是说，当频率计转动到输出幅度明显降低，在降低到最低的频率时，就是所测信号源的频率。

3.2 测量波长和频率实验连接如图4所示，图4 测量波长和频率实验连接图输出的波形如图5所示，由此可知，需知晓驻波最小点D1、D2的位置，两个最小点之间的距离即为半个导波长。

导波长122g D D λ=-。

图5 波形图通过测量出的波导波长，也就可计算出频率和波长，如下式。

波导波长和频率与波长之间有一一对应的关系，如图6。

图6波导由频率换算到波长四、实验内容4.1测量信号源频率1.打开信号源选择模式为内方波，方波重复频率为1000Hz 。

2.将吸收式频率计旋离10GHz 大约到9GHz 或者11GHz 左右（以备在之后调节方便），然后开始调节E 、H 阻抗调配器的两个旋钮，直到达到匹配为行波状态即选频器的示数达到最大即可。

3.保持调节好的E 、H 阻抗调配器不变，然后选择合适的选频器放大倍数，慢慢旋转频率计，当输出幅度明显降低直到降到最低时，为电压示数最小即为所测信号源的频率。

电磁场与波实验指导书上海交通大学目录实验一“场与波”动态演示软件的正确使用 3 实验二电磁波传输特性参数测量 6 （一）电磁波的反射定律的验证 6 （二）微波信号源频率的测量12 （三）介质的相对介电常数的测量17 实验三电磁波辐射特性的测量20 （一）半波对称振子归一化E面方向图测量20 （二）引向天线的方向图的测量及参数计算25 （三）天线增益的测量29 （四）天线输入阻抗的测量34 附录一实验报告书写格式的一般要求37 附录二实验主要器材图片介绍38 附录三“场与波”动态演示软件光盘46实验一：“场与波”动态演示软件的正确使用（一）实验目的：通过本次实验，基本学会“场与波”动态演示软件的正确使用，并要求学生在课程学习中经常对照使用软件，加深对电磁场理论物理概念的正确理解。

（二）实验仪器与预习要求：1.实验仪器：a)实验室计算机；b)“场与波”动态演示软件；c)投影仪。

2.预习要求：掌握电磁场理论的各种基本概念。

（三）实验内容及原理：1.均匀平面波：a 均匀平面波在无耗煤质中传播b均匀平面波在有耗煤质中传播c均匀平面波垂直入射理想导体表面d 均匀平面波垂直入射理想电介质表面平面波是指电磁波的等相位面是平面的电磁波。

严格地说，平面波是不存在的，因为只有无限大的波源才能激励起这样的电磁波。

但是如果当球面波的场点离波源足够远的话，那么空间球面波的很小一部分就十分接近平面波。

2.极化极化是指电磁波的场矢量随时间变化的轨迹，常用的极化有线极化、圆极化及椭圆极化。

3.场结构的简易画法。

场结构是指电磁波的场矢量的结构形式。

4.偶极子电偶极子：相距一小段距离 d 的一对等值异号电荷，这样构成的结构称为电偶极子。

磁偶极子：磁偶极子是指半径很小的圆形载流回路。

5.史密斯圆图（阻抗圆图，导纳圆图）史密斯圆图是在极坐标中用图解方法求解传输线方程的一种工具。

圆图有阻抗圆图和导纳圆图两种。

利用圆图来计算传输线问题，不但物理概念清晰，计算方便，而且能满足工程的要求（四）实验步骤：实验室机房上机，观看“场与波”动态演示软件，由教师讲解动态演示软件的物理特性以加深对电磁场、电磁波物理概念的理解。

第一章反射实验●实验原理当微波遇到金属板时将会发生全反射，本实Array验就是以一块金属板作为障碍物，来研究当微波以某一入射角投射到金属板时，所遵守的反射定律。

●实验报告●在误差允许范围内入射角等于反射角。

第二章 衍射实验●实验原理：如图所示，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ϕ=sin-1(λ/a)，其中λ是波长，a 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：ϕ=sin-1(3λ/2a)。

Ф—I 曲线图（标注极大值点）-20204060801001202468101214161820222426283032343638404244464850● 实验分析随着角度的增加，电流强度出现两个峰值，证明这是两个加强点。

第三章 干涉实验●实验原理如图所示，当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上，则每一条狭缝就是次级波波源。

由两缝发出的次级波是相干波，因此在金属板的背面空间中，将产生干涉现象。

当然，通过每个缝也有衍射现象。

因此实验将是衍射和干涉两者结合的结果。

为了只观察双缝的两束中央衍射波相互干涉的现象，令双缝的缝宽a 接近λ，λ=32mm ，a=40mm 。

这时单缝的一级极小接近53︒。

因此取较大的b ，则干涉强度受狭缝衍射的影响小，当b 较小时，干涉强度受狭缝衍射影响大。

干涉加强的角度为：ϕ=sin -1(K ⋅λ/(a+b))，式中K=1、2、…。

干涉减弱的角度为：ϕ=sin -1((2K+1)⋅λ/2(a+b))，式中K=1、2、…。

实验报告 ()Ф—I 曲线图（标注极大值点）-2020406080100012345678910111213141516171819202122232425● 实验分析由于光的干涉，随着角度的增加，出现了光的加强的区和减弱区。