1）通過(guò)電磁感應(yīng)裝置的設(shè)計(jì)，了解麥克斯韋電磁感應(yīng)定理的內(nèi)容；
2）理解電磁波輻射原理；了解電磁感應(yīng)的原理及作用;
3）理解電場(chǎng)與磁場(chǎng)的相互關(guān)系，通過(guò)接收裝置來(lái)驗(yàn)證電磁場(chǎng)的存在。
二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目
1）認(rèn)識(shí)電磁波實(shí)驗(yàn)
2）場(chǎng)矢量認(rèn)知實(shí)驗(yàn)
3）位移電流驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)
4）可視化電磁波感應(yīng)器制作實(shí)驗(yàn)
5）輻射衰減規(guī)律實(shí)驗(yàn)
三、實(shí)驗(yàn)原理
電磁波的磁場(chǎng)、電場(chǎng)及其行進(jìn)方向三者互相垂直。振幅沿傳播方向的垂直方向作周期性交變，其強(qiáng)度與距離的平方成反比。點(diǎn)亮LED燈需要電流過(guò)通過(guò)LED，表面LED所連接的電路兩端既要有電壓，且電路又需處于閉合的狀態(tài)，需在純電阻電路或線性變化電路當(dāng)中。當(dāng)在空間發(fā)射電磁波時(shí)，把已經(jīng)做好了的半波天線感應(yīng)器置放于電磁波中，由電磁波產(chǎn)生的交變電場(chǎng)就能夠在半波天線感應(yīng)器中產(chǎn)生一個(gè)電流，并點(diǎn)亮感應(yīng)器中的LED，變化電場(chǎng)相當(dāng)于一種電流，能夠輸送和傳遞能量。
1. 根據(jù)麥克斯韋方程
均勻平面電磁波：等相位面是平面，等相位面上場(chǎng)強(qiáng)的振幅處處相等的電磁波。研究條件：
1、研究的空間沒(méi)有波源（或遠(yuǎn)離波源），無(wú)反射體的無(wú)限大媒質(zhì)空間；
2、空間充滿均勻、線性、各向同性媒質(zhì)；
3、電磁場(chǎng)各分量都隨時(shí)間作簡(jiǎn)諧變化。
在理想介質(zhì)中，既沒(méi)有電荷，也沒(méi)有電流，所以理想介質(zhì)中的電磁場(chǎng)滿足無(wú)源的麥克斯韋方程組。無(wú)源無(wú)耗媒質(zhì)中電磁場(chǎng)滿足麥克斯韋方程：
理想介質(zhì)中，電場(chǎng)強(qiáng)度所滿足的波動(dòng)方，可以得到理想介質(zhì)中磁場(chǎng)強(qiáng)度所滿足的波動(dòng)方程
位移電流密度（電位移隨時(shí)間變化率）：
位移電流（電位移通量隨時(shí)間變化率）
通過(guò)電場(chǎng)中某一截面的位移電流等于通過(guò)該截面電位移通量對(duì)時(shí)間的變化率。
2.就電流的磁效應(yīng)而言，變化的電場(chǎng)與電流等效，變化的電場(chǎng)產(chǎn)生位移電流。
電流密度：
3.物理意義
極化強(qiáng)度矢量；
表示空間電場(chǎng)的變化；
表示電介質(zhì)分子中電荷的微觀運(yùn)動(dòng)。真空中：
揭示變化電場(chǎng)與電流的等效關(guān)系。接收天線最佳接收條件：
1、收發(fā)天線與各自相連的饋線阻抗匹配，2、極化匹配，
3、收發(fā)天線最大輻射方向?qū)?zhǔn)，接收天線傳輸?shù)浇K端負(fù)載上的功率為
弗利斯傳輸公式
為接收功率，
為發(fā)射和接收天線的增益，
發(fā)射功率，R為收發(fā)距離。
隨時(shí)變化的電場(chǎng)在空間產(chǎn)生磁場(chǎng)，同樣，隨時(shí)間變化的磁場(chǎng)也要在空間產(chǎn)生電場(chǎng)，電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成統(tǒng)一的電磁場(chǎng)的兩個(gè)不可分割的部分。能夠輻射電磁波的裝置稱為天線，用功率信號(hào)發(fā)射器作為發(fā)射源，通過(guò)發(fā)射天線產(chǎn)生電磁波，如果將另一副天線置于電磁波中，就能夠在天線體上感生高頻電流，接收天線離發(fā)射天線越近，電磁波功率越強(qiáng)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)越大。接收天線接收的功率足夠強(qiáng)時(shí)，大于5dBm時(shí)，肖特基檢波二極管將微波能量轉(zhuǎn)變?yōu)橹绷麟妷�，終端接上LED燈，電壓達(dá)到一定值時(shí)可以點(diǎn)亮LED燈，形象直觀的觀察發(fā)射天線的方向圖、主瓣、副瓣、后瓣、零點(diǎn)方向、極化等。放大頻率范圍：2350MHz～2450MHz最大輸出功率27dBm，發(fā)射天線有四種類型，垂直極化、水平極化、左旋圓極化、右旋圓極化；增益：＞10dBi，在現(xiàn)有配置情況下，最遠(yuǎn)可以在170cm處點(diǎn)亮，距離越近燈越亮。也可以將不同的LED組合使用，但點(diǎn)亮距離會(huì)稍微減小。
圖1實(shí)驗(yàn)原理框圖
圖2 發(fā)射裝置 接收裝置
圖3電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)設(shè)備
圖4垂直極化天線發(fā)射接收為綠色和紅色LED燈
圖5垂直極化天線發(fā)射接收為蘭色和黃色LED燈
圖6垂直極化天線發(fā)射接收為黃色和紅色LED燈
圖7垂直極化天線發(fā)射接收為粉紅色和綠色LED燈
接不同顏色LED燈點(diǎn)亮最遠(yuǎn)距離
| 天線形式八木天線 | 距離cm | ||
| 水平極化 | 垂直極化 | 45度極化 | |
| 紅色 | |||
| 黃色 | |||
| 橙色 | |||
| 白色 | |||
| 粉紅色 | |||
| 蘭色 | |||
| 綠色 | |||
1、按照標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告格式要求和內(nèi)容完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告；將數(shù)據(jù)填入表中并繪圖。
2、完成數(shù)據(jù)整理，分析電磁波的極化形式；對(duì)實(shí)驗(yàn)中的現(xiàn)象分析討論。
3、討論不同顏色LED燈點(diǎn)亮最遠(yuǎn)距離。
五、注意事項(xiàng)
1.按下按鈕時(shí)，若沒(méi)有功率輸出，應(yīng)立即停止發(fā)射，檢查射頻電纜接頭與儀器的SMA型接頭是否連接牢固，檢查射頻電纜小頭的SMA頭與天線的輸入端口是否牢固連接。
2.盡量減少按下按鈕的時(shí)間，以免影響其它小組的測(cè)試準(zhǔn)確性。
3.測(cè)試時(shí)盡量避免人員走動(dòng)，以免人體反射影響測(cè)試結(jié)果。
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| 實(shí)驗(yàn)箱 |
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DB-CPTH+ 超強(qiáng)型計(jì)算機(jī)組成原理與系統(tǒng)結(jié)構(gòu)實(shí)驗(yàn)箱 |
