电磁场实验报告

电磁场实验报告（精选6篇）

篇1：电磁场实验报告

电磁场仿真实验报告

电气工程学院 2011级2班 2011302540056 黄涛

实验题目：

有一极长的方形金属槽，边宽为1m，除顶盖电位为100sin(pi*x)V外，其它三面的电位均为零，试用差分法求槽内点位的分布。

1、有限差分法的原理

它的基本思想是将场域划分成网格，用网格节点的差分方程近似代替场域内的偏微分方程，然后解这些差分方程求出离散节点上位函数的值。

一般来说，只要划分得充分细，其结果就可达到足够的精确度。

差分网格的划分有多种不同的方式，这里将讨论二维拉普拉斯方程的正方形网格划分法。

如下图1所示，用分别平行与x，y轴的两组直线把场域D划分成许多正方行网格，网格线的交点称为节点，两相邻平行网格线间的距离h称为步距。

用表示节点处的电位值。利用二元函数泰勒公式，可将与节点（xi，yi）直接相邻的节点上的电位值表示为

上述公式经整理可得差分方程

这就是二维拉普拉斯方程的差分格式，它将场域内任意一点的位函数值表示为周围直接相邻的四个位函数值的平均值。这一关系式对场域内的每一节点都成立，也就是说，对场域的每一个节点都可以列出一个上式形式的差分方程，所有节点的差分方程构成联立差分方程组。

已知的边界条件经离散化后成为边界点上已知数值。若场域的边界正好落在网格点上，则将这些点赋予边界上的位函数值。一般情况下，场域的边界不一定正好落在网格节点上，最简单的近似处理就是将最靠近边界点的节点作为边界节点，并将位函数的边界值赋予这些节点。

2、差分方程的求解方法：简单迭代法

先对静电场内的节点赋予迭代初值，其上标（0）表示初始近似值。然后再按 下面的公式：

进行多次迭代（k=0,1,2,3…）。当两次邻近的迭代值差足够小时，就认为得到了电位函数的近似数值解。

实验程序： a=zeros(135,135);for i=1:135 a(i,i)=1;end;for i=1:7 a(15*i+1,15*i+2)=-0.25;a(15*i+1,15*i+16)=-0.25;a(15*i+1,15*i-14)=-0.25;end for i=1:7 a(15*i+15,15*i+14)=-0.25;a(15*i+15,15*i+30)=-0.25;a(15*i+15,15*i)=-0.25;end a(1,2)=-0.25;a(1,16)=-0.25;a(121,122)=-0.25;a(121,106)=-0.25;a(135,134)=-0.25;a(135,120)=-0.25;a(15,14)=-0.25;a(15,30)=-0.25;for i=2:14 a(i,i-1)=-0.25;a(i,i+1)=-0.25;a(i,i+15)=-0.25;end for i=122:134 a(i,i-1)=-0.25;a(i,i+1)=-0.25;a(i,i-15)=-0.25;end for i=1:7 for j=2:14;a(15*i+j,15*i+j-1)=-0.25;a(15*i+j,15*i+j+1)=-0.25;a(15*i+j,15*i+j+15)=-0.25;a(15*i+j,15*i+j-15)=-0.25;end end b=a^(-1);c=zeros(135,1);for i=121:135 c(i,1)=25;end d=b*c;s=zeros(11,17);for i=2:16 s(11,j)=100*sin(pi.*i);end for i=1:9 for j=1:15 s(i+1,j+1)=d(15*(i-1)+j,1);end end subplot(1,2,1),mesh(s)axis([0,17,0,11,0,100])subplot(1,2,2),contour(s,32)实验结果如下：

***010***65432151015

以上是划分为135*135个网格的过程，同理可有如下数据：

（1）将题干场域划分为16个网格，共有25各节点，其中16个边界的节点的电位值是已知，现在要解的是经典场域内的9个内节点的电位值。而且先对此场域内的节点赋予了迭代初值均为1.第十七次迭代值：

0 70.7107 100.0000 70.7107 0 0 33.1810 46.9251 33.1811 0 0 15.0887 21.3387 15.0887 0 0 5.8352 8.2523 5.8352 0 0 0 0 0 0 第二十次迭代值：

0 70.7107 100.0000 70.7107 0 0 33.1812 46.9253 33.1812 0 0 15.0888 21.3388 15.0888 0 0 5.8353 8.2523 5.8353 0 0 0 0 0 0 当第十七次迭代以后，9个内节点的电位就不再发生变化了

（2）现在对此场域内的节点赋予了迭代初值均为6，并且进行了20次的迭代，最终场域内的9个节点的电位值如下：

0 70.7107 100.0000 70.7107 0 0 33.1812 46.9253 33.1812 0 0 15.0888 21.3388 15.0888 0 0 5.8353 8.2524 5.8353 0 0 0 0 0 0 由（1）与（2）的仿真结果最终可知：

在求解区域范围、步长、边界条件不变的情况下，迭代的次数越多，计 算的结果的精确度约高。反之，迭代的次数越少，计算结果的精确度就越低。在求解区域范围，步长、边界条件不变的情况下，静电场域内节点的电位值与初次对节点赋予的初值没有关系。

（3）将题干场域划分为100个网格，共有121个节点，其中40个边界的节点的电位值是已知，现在要解的是经典场域内的81个内节点的电位值。而且先对此场域内的节点赋予了迭代初值均为3.第二十次迭代值：

0 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 0 0 48.2854 66.3866 74.0119 77.3076 78.3009 77.4690 74.2874 66.6887 48.4991 0 0 27.0168 43.6521 52.8451 57.4418 58.9298 57.7234 53.3258 44.1789 27.3891 0 0 16.5163 28.9413 36.9756 41.4270 42.9609 41.7787 37.5756 29.5985 16.9803 0 0 10.5512 19.2828 25.4843 29.1706 30.5094 29.5435 26.1204 19.9791 11.0423 0 0 6.8488 12.8113 17.2975 20.0959 21.1586 20.4495 17.9004 13.4708 7.3135 0 0 4.4311 8.4049 11.5060 13.5063 14.2947 13.8111 12.0256 8.9729 4.8310 0 0 2.7968 5.3519 7.3931 8.7404 9.2875 8.9779 7.7977 5.7939 3.1078 0 0 1.6445 3.1640 4.3957 5.2207 5.5627 5.3809 4.6685 3.4620 1.8541 0 0 0.7662 1.4782 2.0595 2.4518 2.6160 2.5312 2.1947 1.6258 0.8700 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 第五十次迭代值：

0 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 0 0 48.8655 67.4302 75.3721 78.8226 79.8105 78.8295 75.3837 67.4429 48.8744 0 0 28.0421 45.4992 55.2553 60.1293 61.6104 60.1416 55.2763 45.5222 28.0583 0 0 17.8198 31.2938 40.0502 44.8604 46.3903 44.8765 40.0777 31.3239 17.8409 0 0 11.9629 21.8358 28.8270 32.9095 34.2501 32.9276 28.8578 21.8695 11.9865 0 0 8.2172 15.2911 20.5504 23.7407 24.8108 23.7588 20.5812 15.3247 8.2408 0 0 5.6353 10.5912 14.3788 16.7301 17.5298 16.7465 14.4066 10.6216 5.6566 0 0 3.7505 7.0859 9.6746 11.3039 11.8628 11.3171 9.6971 7.1104 3.7677 0 0 2.2945 4.3470 5.9536 6.9725 7.3239 6.9816 5.9691 4.3640 2.3065 0 0 1.0894 2.0667 2.8347 3.3238 3.4929 3.3283 2.8425 2.0752 1.0954 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 第五十一次迭代值：

0 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 100.0000 0 0 48.8681 67.4348 75.3782 78.8295 79.8173 78.8357 75.3887 67.4463 48.8762 0 0 28.0468 45.5077 55.2663 60.1416 61.6227 60.1528 55.2854 45.5285 28.0614 0 0 17.8259 31.3049 40.0647 44.8765 46.4065 44.8912 40.0896 31.3321 17.8450 0 0 11.9697 21.8482 28.8432 32.9276 34.2681 32.9440 28.8710 21.8786 11.9911 0 0 8.2240 15.3035 20.5665 23.7588 24.8289 23.7751 20.5944 15.3339 8.2454 0 0 5.6414 10.6024 14.3934 16.7465 17.5462 16.7612 14.4186 10.6299 5.6608 0 0 3.7555 7.0949 9.6864 11.3171 11.8760 11.3290 9.7068 7.1171 3.7711 0 0 2.2980 4.3533 5.9617 6.9816 7.3330 6.9899 5.9758 4.3686 2.3088 0 0 1.0912 2.0698 2.8388 3.3283 3.4974 3.3325 2.8459 2.0775 1.0966 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 由以上仿真结果可知场域内的近似的电位值。

篇2：电磁场实验报告

实验一电磁场参量的测量 实验目的 1 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，并确定电磁波 的相位常数和波速 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 的值，再由 2，f 得到电磁波的主要参量：

和 等。

本实验采取了如下的实验装置

设入射波为 E i E）

e j，当入射波以入射角!向介质板斜投射时，则在 分界面上产生反射波 E r 和折射波 E t。设介质板的反射系数为 R R,由空气进入 介质板的折射系数为 T o，由介质板进入空气的折射系数为 T c，另外，可动板 P r2 和固定板 P r1 都是金属板，其电场反射系数都为--1 1。在一次近似的条件下，接收喇叭处的相干波分别为 E M

RT o T c E oi e j 1，RT o T c E^e j 2

这里 1 2L ri L r3 L ri ； 2

2L 「 2 L“ 2L ML L r3 L 2

； 其中 L L 2 L L i|。

又因为为定值，L 2 则随可动板位移而变化。当 P r2 移动 L L 值，使 P r3 有零 指示输出时，必有 E M 与 E r2 反相。故可采用改变 P r2 的位置，使尺 3 输出最大 或零指示重复出现。从而测出电磁波的波长 和相位常数。下面用数学式 来表达测定波长的关系式。

在 P r3 处的相干波合成为 E r E M

E 「 2 e j 1

e j2

j 1 2 / 或写成 E r

2RT 0 T c E 0i

cos 2 e 2

（1 1--2 2）

式中 1 2L 为了测量准确，一般采用 P 3 零指示法，即 cos 2

0 或（2n 1），n= 0,1,2…… 这里 n n 表示相干波合成驻波场的波节点（E r 0）数。同时，除 0 n=0 以外的 n n 值，又表示相干波合成驻波的半波长数。故把 0 n=0 时 E r 0 驻波节点为参 考节点的位置 L。又因 2 — L（1 1--3 3）故 2n 1 2 — L 或 4 L（2 n 1）

（1 1--4 4））

由（1 1--4 4）式可知，只要确定驻波节点位置及波节数，就可以确定波长的 值。当 0 n=0 的节点处 L。

作为第一个波节点，对其他 N N 值则有：

n n =1, 4 L 4L 1 L 0 2 , ,对应第二个波节点，或第一个半波长数。

n=1，4 L 4 L 2 L!2 , ,对应第三个波节点，或第二个半波长数。

n=n , 4 L 4 L n L n i 2 , ,对应第 1 n+1 个波节点，或第 n n 个半波长数。

把以上各式相加，取波长的平均值得 2 L n L。

n 代入得到电磁波的参量，等值。

三、实验步骤 (1)

整体机械调整：调整发射喇叭 P ro，接收喇叭 P r3，使其处于同种极化 状态。

(2)安装反射板，半透射板：注意反射板 用与 p r2 轴向成 0 90 度角，半透射 板轴向与n Pn 轴向成 5 45 度角，并注意反射板 P ri 与 F >2 的法向分别与 P r3 ,P r0 轴向重合。

(3)将所有调整到位部分用螺钉锁紧，调整发射端的衰减器以控制信号电平，使 P r3表头指示为 80。

(4)

旋转游标使可移动反射板 P P r2 的起始位置在最右侧(或最左侧)，用旋 转手柄移动 P r2 使所有节点位置处，P r3 表头指示都为 0.此时说明整个 系统调整到位。

(5)测量：用旋转手柄使反射板移动，从表头上测出 1 n+1 个零点，同时从 读数机构上得到所有节点位置 L。

到 L n，并记录。

(6)

连续测量 3 3 次，用公式(1 1--5 5)计算波长，并将 3 3 次波长求平均值，取 3 3 或 4 4 即可。

(7)用所测波长计算，值。

(1--5 5)

四、实验数据 试验次数 n 1 2 3 4 微安表零指示(mm)11.342 26.458 43.039 58.692

五、实验结果整理，误差分析 43.039 58.692 11.342 26.458

-----

15.983(mm)2 4 31.966mm ； f 9.3787GHZ c 理论上 31.987(mm)误差= 31.987 31.966

100% 0.0657% 31.987 误差分析：原因可能有：

⑴ 系统误差。由某些固定不变的因素引起的。在相同条件下进行多次测量，其误差数值的大小和正负保持恒定，或误差随条件改变按一定规律变化。

⑵ 随机误差 由某些不易控制的因素造成的。在相同条件下作多次测量，其 误差数值和符号是不确定的，即时大时小，时正时负，无固定大小和偏向。随机 误差服从统计规律，其误差与测量次数有关。随着测量次数的增加，平均值的随 机误差可以减小，但不会消除。

例如：微安表读数存在一定的误差；装置摆放多靠目测，难以保证垂直、对准、水平等条件严格满足，如两个喇叭口不水平； ⑶ 粗大误差 与实际明显不符的误差，主要是由于实验人员粗心大意，如读 数错误，记录错误或操作失败所致。这类误差往往与正常值相差很大，应在整理 数据时依据常用的准则加以剔除。

减小误差：

（1 1）选定合适的实验仪器。工欲善其事，必先利其器，需要仔细考虑。

（2 2）严格按照实验步骤、方法操作。

（3 3）熟练掌握各种测量器具的使用方法，准确读数。

（4 4）创新，直接改进测量方法

六、思 考题 用相干波测电磁波波长时，如图若介质板放置位置转 90 度，将出现什 么现象？这时能否测准 答：原测量方法时 ？为什么？ Er1=--Rn TnO Tn Eie--i 1 Er2=--Rn TnO TnEie--i 2 转后 Er1=--Rn Eie---1 Er2=--Rn TnO TnEie---i2 这将使得由 n TnO Tn 所产生的幅度 相位变化也计入两相的和中，因此很可能无法产生明显的驻波分布。因此不能准确测量入值

七、心 得体会 本实验初步研究学习了电磁波基本参量的测量方法，从直观上得到了电 磁波作为一种非机械波但仍具备波的基本特性的结论。

本次实验进行得较为顺利，期间得到的结果也比较理想。我和我的搭档 在进行第一次实验就得到了理想的结果，误差在十分微小，这主要是我们开 始调节装置时就非常到位，就像老师在课上所说的“欲速则不达”的道理。

这次实验是第一次做电磁场与电磁波实验，在熟悉了电磁波参量的测量 手段和仪器的使用方法的基础上，从很多方面学习和加深了对理论知识的理 解。

实验二 均匀无耗媒质参量的测量 实验目的（1 1）

应用相干波节点位移法，来研究均匀无损耗媒质参量 r 的测试。

（2 2）

了解均匀无损耗媒质中电磁波参量，与自由空间内电磁波参量 0 , o ,c 的差别。

（3 3）

熟悉均匀无损耗媒质分界面对电磁波的反射和折射的特性。

实验原理 媒质参量一般应包括介电常数 和磁导率 两个量。它们由媒质方程

D E 和 B H 来表征。要确定，总是要和 E E, H H 联系在一起，对于 损耗媒质来说，和 为复数，而且与频率有关。本实验仅对均匀无损耗电介 质的介电常数 进行讨论（r 1），最终以测定相对介电常数 r /。来了 解媒质的特性和参量。

用相干波原理和测驻波节点的方法可以确定自由空间内电磁波参量 0 , o ,C。对于具有 r（r 1）的均匀无耗媒质，无法直接测得媒质中的 ，值，不能得到媒质参量值。但是我们利用类似相干波原理装置如图所 示

在 P r2 前，根据对 r 板放置前后引起驻波节点位置变化的方法，测得相对 变化值，进而测得媒质 r 的值。首先固定 P ri，移动 P 2 使 P r3 出现零指示，此 时 P r2 的位置在 L 3 处，由于 r 板的引入使得 巳指示不再为零。

我们把喇叭辐射的电磁波近似地看作平面波。设接收喇叭处的平面波表 达式为 E r2 E or2 e j Z

由于 F >2 处存在厚为 的 r 媒质板（非磁性材料的媒质 r 1）使 P r3 处的 曰，巴 2 之间具有相位差（因 「 板为无损耗，可认为 E rl 与 E r2 幅度近似相等）。

这里相当于板不存在时，相应距离所引起的相位滞后，因此得到时媒质板内

总的相位滞后值为 “ 0 2.1(2 2--1 1)为了再次使实现相干波零指示接收，必须把连同板向前推进，造成一个相位 增量，其值是(2--2 2)从而补偿了板的相位滞后，使整理上述式子得 2 r 1 1

—

(2 2--3 3)(2 2--4 4)(2--5 5)(2--6 6)根据测得的值，还可以确定该媒质与空气分界面上的反射系数和折射系数 T T。当平面波垂直投射到空气与媒质分界面时，利用边界条件得 R R，R o(2--7 7)(2--8 8)当平面电磁波由媒质向自由空间垂直投射时，相应的反射系数和折射系数为(2--9 9)0 0 r 1 r 1 R o(2--10)由表达式可看出，当测出的值时，也可确定相应材料的的值。

三、实验步骤 (1)整体机械调整，并测出 r 板的平均厚度(2)根据图安装反射板、透射板，固定 Pn 移动 P r2、使 P r3 表头指示为零, 记下 P r3处 L L 的位置。

(3)

将具有厚度为待测 r 介质板放在 P P 2，必须紧贴 r，同时注意在放 进板 r 之后，P 2仍处于波节点 L L 的位置。此时指示 P r3 不再为零。

(4)

将 P P r2 和 r 共同移动，使 P P r2 由 L L 移到 L”处时 巳再次零指示，得到 L L L “。

(5)

计算 r、、，V V、R R、T 的值。

四、实验数据 板的厚度(cm)0.6.00 0.578 0.578 0.588平均值(cm)0.586

L0 L1 L2 L（无 r）

（cm）

26.458 43.039 58.692 L（有 r）（cm）

22.988 38.515 54.532 L |L” L（CM）

3.470 4.524 4.160 L平均值(cm)4.051 r 1 / 2

2.535 3.140 2.924 r平均值(rad/m)2.866

五、数据处理、误差分析 (1)由上次试验 o

31.966mm , 0

0.1966 Xr(mm)20.077 18.039 18.694 的平均值（mm）

18.937 r o 寸 r(rad/m)313.020 348.376 336.180 r 的平均值（rad/m）

332.525 冷(m/s)1.884 10 8

1.693 10 8

1.754 10 8

V 的平均值（m/s）

1.777 10 8

R1少厂-0.228-0.279-0.262 R 的平均值-0.256 T久 0.772 0.721 0.738 T 的平均值 0.744

（2 2）误差分析：实验存在一定的误差，原因分析：

1.实验中实验台一起摆放可能达不到严格的标准要求； 2.游标卡尺读数存在误差； 3.仪器精度没有达到要求； 介质的相对介电常数的测量误差：

1.介质板的厚度不均，导致测出了 d d 有误差。造成实验的误差。

2.电表的灵敏度造成实验误差。

3.两个喇叭口不水平4.读数时存在读数误差 六、思考题 本实验内容用 卩 r=1,测试均匀无损耗媒质值。可否测卩 r r 工 1 1 的磁介质？试说明 原因。

答：本实验的方法不可以。因为本实验的所有推导公式均假设卩 r r= 1 1,才能满足 非磁性介质材料，因此不可。若卩 「 工 1 1,会影响电磁场的原有分布，则需要确

定卩 r r =y / /卩 0 0,方法更为复杂，无法测得正确的结果 七、心得体会 本次实验我学习研究了测量均匀无损耗媒质参量的基本方法，更进一步 巩固了理论课学习的知识。并且学到了利用间接法测量均匀无损耗媒质参量 的方法，加深了对此的认识和理解，熟悉了均匀无损耗媒质分界面对电磁波 的反射和折射的特性。

由于这次实验是建立在前一次的基础上，而第一次实验误差比较小，为 这次实验打下了很好的基础，熟悉了游标卡尺的使用，总体来说依然比较简 单，唯一需要注意的地方就是测量厚度的时候，把介质板夹在装置上的时候, 要注意四周夹紧，不要出现缝隙，否则会出现较大的误差。

实验三 电磁波反射、折射的研究 实验目的(1)研究电磁波在良好导体表面的反射。

(2)研究电磁波在良好介质表面的反射和折射。

(3)研究电磁波发生全反射和全折射的条件。

实验原理 1、电磁波斜入射到两种不同媒质分界面上的反射和折射 均匀平面波斜入射到两种不同媒质的分界面上发生反射和折射，以平行 极化波为例：

：

⑴ 反射定律 ：匸=匕.(3 3--1 1)2、平行极化波入射到两种媒质分界面上发生全折射(无反射)的条件⑵折射定律 :曲 Z 厂亠卞 心③(3--2 2)

平行极化波在两种媒质分界面上的反射系数!--1“ j ■ ■ J r.t ■ 一分别为:

平行极化波斜入射时发生全反射，即、=0 ,由上式应有

可 以 解 出 全 折 射 时(3--6 6)二称为布儒斯特角，它表示在 TH —

|--■全折射时的入射角平行极化波斜入射到厚度为 d d 的介质板上，如下图所示：

当— ♦ 时，入射波在第一个界面上发生全折射，折射波入射在第二个 界面上，仍然满足条件发生全折射，在介质板后面就可以接收到全部的 入射信号。1、垂直极化波不可能产生全折射（无反射）

垂直极化波入射到两种媒质的分界面上，反射系数 I I--..和!”分别为：

(3--7 7)(3--8 8)对于一般媒质-：，^

阴，可以证明，垂直极化波无论是从光疏媒 质射入光密媒质，(3--3 3)(3--4 4)(3--5 5)

射波电场..1--L L

•。然后把玻璃板放在转台上，使

还是从光密媒质射入光疏媒质，总有：

cos 9 丰

所以不可能发生全折射。

沿任意方向极化的平面电磁波，以化一 入射到两种媒质的分界面上时 反射波中只有垂直极化波分量，利用这种方法可以产生垂直极化波。4、电磁波入射到良导体表面的反射 对于良导体，所以匠 f f ：

< 〔丁 ■-

所以：在良导体表面上斜投射的电磁波，其反射场等于入射场，反射角 等于入射角。

三、实验步骤 (1)调试实验装置：首先使两个喇叭天线互相对正，他们的轴线应在一条 直线上。具体方法如下：旋转工作平台使丁刻线与固定臂上的指针对 正，再转动活动臂使活动臂上的指针对正工作平台上的-汇：刻线，然 后锁定活动臂。打开固态信号源上的开关，连接在接收喇叭天线上的 微安表将有指示，分别调整发射喇叭天线和接收喇叭天线的方向，使 微安表的指示最大，这时发射天线与接收天线互相对正。

(2)测试电磁波入射到良导体表面的反射特性 首先不加反射板，使发射天线与接收天线互相对正，调整固态信号源，测出入射波电场(可使微安表指示 0 80 亠〔)。然后把良导体反射板放在 转台上，使导体板平面对准转台上的 T °刻线，这时转台上的丁刻线 与导体板的法线方向一致。改变入射角陶，测在反射角寫=广；时的反 射波场强二…(仍用微安表指示的电流表示)，最后可把接收天线转到 导体板后(.：„「刻线处)，观察有无折射波。

(3)平行极化波斜入射到介质板上的全折射实验

把发射天线和接收天线都转到平行极化波工作状态。首先，测量入 玻璃板平面对准转台上的 0 90 度刻线。转动转台改变入射角，使“忌.-同时得到斜投射时，反射波场强为零的入射角，这时 &.-，把测量数 据填入表中。

把发射天线和接收天线都转到垂直极化波工作状态，重复上述实验，观察有无全折射现象。

把发射天线喇叭转到任意方向，使入射角 厲一曾，在反射波方向分 别测量水平极化波和垂直极化波，记录实验结果，把测量的数据填入表 中。

四、实验数据 （1）

电磁波入射到良导体表面的反射特性数据 入射场 E E ai

80|iA 入射角禹 30® 40° 50^ 60° 反射角 Oi”

40* 50& &

60& &

反射场 E E □/ 80 79 90 94

（2）

A、平行极化波的全折射现象 全折射现象 3 P

入射场 E 01

反射场 En/ 折射场民 a 测量值 计算值 80 0 94 65° 63.4 th

B、发射天线喇叭在任意方向（如 二亠）

位置 入射场 E C1

入射场% 1 反射场岳厂 反射场焉』

（水平）

（垂直）

冰平）

（垂直）

顺时针旋转 45th

0 28

由垂直极化波的反射系数 1 使分母为 0 0，则:

五、数据处理、误差分析 由数据（1 1）可以看出：良导体表面上投射的电磁波满足反射定律 _ : 在一定范围内，反射场基本上等于入射场。

由（2 2）中 A A、发射天线和接收天线都在平行极化波工作状态 可以看出：平行极化波以..入射到两种媒质分界面上，会发 生全折射，无反射场。

B B、发射天线喇叭在任意方向（如■ “）

可以看出：沿任意方向极化的平面电磁波入射到两种媒质的分界 面上时，反射波只有垂直极化波分量，无水平极化波分量，利用 这种方法可以产生垂直极化波。

误差分析：

1„发射喇叭和接收喇叭无法严格控制一条轴线上，存在一定的角度偏移。

2.读数的误差：如微安表和分度盘读数。

3.周围环境因素会影响到本次实验结果的精度，如微小的震动以及光线的干扰都 会引起实验的误差，影响精度。

六、思考题 在介质板表面，斜投射垂直极化波时能否发生全折射（即无反射），为什么? :不能发生全折射。

COS R R l 2 i「 Sin

R N

COS ♦ iin nir cos — sin ■1

所以只有当& 2 2 时才成立，所以不可以 综上：垂直极化波不能发生全折射。

七、心得体会 本次实验我研究了电磁波在良好导体表面的反射，掌握了电磁波发生全 反射和全折射的条件，进一步的巩固了理论知识的记忆和理解。本次实验进 一步的巩固了实验仪器的操作方法。

总体来说，作为第一次有机会做电磁场与电磁波的实验的我们来说我们 很幸运，意味着我们可以更好结合实际学习理论知识，学的更轻松，更快，接受的也更快。虽然只有一个下午，大家都很珍惜这次机会。我也不例外。

去实验室看到实验仪器，和想象的有点不一样。构造比较简单。实验也比较 简单。在老师讲解过后就开始了这次的实验。

篇3：电磁场实验报告

操动机构是开关电器的关键部件之一，其吸力-反力特性的好坏将直接影响到开关电器的通断能力及其使用寿命[1]。目前，电磁操动机构仍在断路器、接触器等电磁式开关电器中被广泛应用[2,3]。为解决电磁操动机构合闸操作末速度过快而引起的触头合闸弹跳问题，目前普遍使用缓冲弹簧来减少合闸时的机械冲击力。但这种解决办法不仅具有机械装置缓冲带来的可靠性低的问题，还具有因弹簧缓冲特性的可控性差而不利于实现合闸过程智能操作的不足。

针对上述问题，本文提出一种适用于电磁操动机构合闸过程的电磁缓冲控制思想。所谓电磁缓冲控制，就是在触头合闸运动至末端的某段时间内对缓冲线圈施加合适的反向激磁电流，利用反向电磁力来相对减小合闸力，从而降低机械冲击、减少触头弹跳，从而达到提高电磁式开关电器合闸特性、延长触头使用寿命的目的。

2 电磁缓冲技术仿真分析

论文以CJ20-10型接触器的电磁操动机构为例，采用ANSYS三维矢量分析法，针对不同缓冲电流以及不同缓冲位置时电磁操动机构的合闸吸力特性进行了仿真计算[4,5,6,7]。该接触器为U型直动式结构，触头开距为4mm，绕组匝数13匝，合匝时施加120A的电流的激磁电流，反向激磁缓冲电流可以根据需要调整。该电磁操动机构加设缓冲线圈后在ANSYS环境下的仿真模型如图1所示。

为寻求合适的缓冲激磁电流，首先进行了缓冲电流仿真计算。如果单从减小机械冲击的角度考虑，在合闸阶段施加的反向缓冲激磁电流越大，越能增强缓冲作用，从而减小弹跳。但随着缓冲电流的增大，产生的电磁反力对电磁操动机构的固有吸力的相互抵消作用会不断增强，使其有效的合闸吸力越来越小。当合闸吸力被降低到小于其固有的反力时，触头便不能完成合闸操作。为了既能保证触头可靠合闸，即有效吸力始终大于固有反力，在电磁操动机构合闸开始时刻便分别施加15A、30A、40A反向激磁电流，得到合闸过程中不同缓冲电流一直作用下的电磁操动机构工作特性仿真曲线，如图2所示。由图2可见，三种电磁缓冲电流作用下，电磁操动机构的合闸吸力明显减小。在合闸过程进入超程区域以后，曲线5(即反向激磁电流为40A时的吸力曲线)与固有反力曲线的配合较好，既保证了触头能可靠合闸又能较大程度地提高缓冲性能，可以近似认为是一个合适的缓冲电流值。

但在合闸的起始阶段，三种电磁缓冲作用下的电磁吸力曲线与固有反力特性的配合程度不是十分理想，这说明，在合闸开始时刻就施加缓冲电流是不合适的。同时，由于操动机构的运动存在一定的惯性，即从施加缓冲电流、产生电磁反力到运动速度的下降需要一定的过渡时间。因此，在合闸过程的最末端施加缓冲电流，可能存在着因缓冲作用时间较短而无法有效缓冲的不足。为此，在确定了合适的缓冲电流的前提下，选取一个合适的合闸位置进行缓冲激磁就显得十分必要。

图3为在合闸过程的三个不同位置开始施加40A反向激磁电流时的电磁操动机构工作特性仿真曲线。可见，由于没有在合闸开始时就施加反向激磁，所以，在开始合闸到施加反向缓冲电流的位置期间，电磁操动机构将按固有吸力特性进行合闸运动，不仅可以有效地避免合闸初期因缓冲电流过大而造成不能可靠合闸的可能性，又可以较大程度地弥补因施加缓冲而带来的合闸初期运动速度下降的不足。在合闸运动后期，缓冲电流的电磁反力开始起作用，使有效的合闸吸力减小、触头运动速度下降，从而降低了合闸末端的机械冲击作用、减少了触头弹跳，即实现了合闸过程的电磁缓冲控制。

3 电磁操动机构电磁缓冲实验研究

3.1 实验方案

实验装置由两个牵引力电磁铁组装而成的电磁操动机构模拟装置和以MMA7260Q型加速度传感器为核心的控制器组成[8]，如图4。该实验装置的动作与接触器的吸合原理完全一致，与接触器不同的是此实验装置在动铁芯另一端装有另一个电磁线圈(即缓冲线圈)，此线圈用来施加反向激磁达到电磁缓冲的作用。

加速度传感器测量原理本质是两片弹性间距的平板电容，改变间距即改变电容，因而改变输出电压。所以通过观察示波器输出的电压波形大小，就可以知道电磁操动机构振动的情况。实验将加速度传感器固定于操动机构的静铁芯端部，通过示波器观察输出信号幅度及频率，可以分析出触头振动情况，进而通过调节反向激磁线圈电流及通电时间，来达到减少动铁芯的振动与触头的弹跳的目的。实验装置中动铁芯行程为12mm，为了使触头吸合时产生的振动和弹跳最小的同时，得到最佳的反向激磁位置，实验中使用电子接近开关作为动铁芯运动位置信号的检测元件。

实验过程中，电磁操动机构的主励磁线圈电源为AC220V，施加反向激磁的缓冲线圈电源为DC160V。市电通过调压器降压，再经全桥整流后得到160V脉动直流给储能电容器充电[9]。当电容器电压符合条件时，控制器发出吸合信号，继电器接通主励磁线圈电源，电磁机构动作。当动铁芯运动到接近开关限定位置后，控制器在收到传感器发来的中断信号后，发出一定时间的反向激磁信号，控制功率MOSFET导通，电磁缓冲线圈获得电流，此时动铁芯受到反向的电磁力而使触头末速度大大降低，从而减轻了吸合时的振动强度。通过示波器观察由加速度传感器检测的触头对触点撞击的振动波形，反复调整接近开关的检测位置，就可以研究动铁芯在不同位置施加缓冲激磁时的振动规律[10]。

3.2 实验结果分析

为了在保证电磁机构能够可靠吸合的同时减少振动和触头弹跳的不利影响，实验利用控制器对位置信号进行测量并且严格控制缓冲激磁线圈的通电时间，分别验证了动铁芯在不同位置时开始缓冲激磁与动铁芯在同一位置而施加不同的缓冲激磁时间两组实验效果，分别如图5、图6所示。

从图5可以看出，电磁操动机构在不施加反向激磁和施加反向激磁的情况下有明显的不同，无电磁缓冲时触头弹跳幅度大而且频繁，施加电磁缓冲后弹跳幅度减小而且次数减少。同时也可以看出在不同位置施加反向激磁，激磁效果不同。当缓冲激磁时间同为1ms时，在触头工作间隙为8mm时缓冲效果较好。

图6是电磁操动机构在触头行程相同而缓冲激磁时间不同时的振动波形。由图可见，因电磁缓冲通电时间的不同，起到减小振动的效果也不同。通电3ms时的效果明显好于其它情况。但激磁时间既不是越短越好，也不是越长越好，太短起不到太好的缓冲作用，太长又会使分合闸时间过长，所以选择适当的时间施加是很重要的，同时也要配合在适当位置施加才会达到较为理想的缓冲效果。

4 结论

1)提出一种适用于电磁操动机构合闸过程的电磁缓冲控制思想，通过对缓冲线圈施加反向激磁电流，利用反向电磁力来降低机械冲击，实现合闸缓冲。

2)初步研究表明，利用电磁缓冲控制方法的确可以起到降低合闸末端时的机械冲击、减少触头弹跳的作用。但缓冲电流的大小以及缓冲电流的施加位置、施加时间对电磁操动机构的吸力特性具有重要影响，只有综合考虑这三种因素、选择合适的控制条件才能得到较为理想的合闸特性和缓冲效果。

3)电磁缓冲控制对于其它操动机构中存在的合闸冲击问题也具有一定的借鉴意义，将该控制策略应用于实际还需进行大量而又深入的研究工作。

参考文献

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[6]安涛(An Tao).断路器操动机构仿真模型在故障诊断中的应用(Application of CB operating mechanismsimulation model in fault diagnosis)[J].电工电能新技术(Adv.Tech.of Elec.Eng.&Energy),2010,29(1):41-44.

[7]胡辉,杨旗,包斌,等(Hu Hui,Yang Qi,Bao Bin,etal).基于ANSYS的空气电弧放电等离子体温度数值模拟(Numerical simulation of arc plasma temperaturebased on ANSYS)[J].电工电能新技术(Adv.Tech.of Elec.Eng.&Energy),2009,28(2):20-23.

[8]Micromachined accelerometer MMA7260Q datasheet[Z].Freescal semiconductor.Inc.,2005.

[9]周茂祥(Zhou Maoxiang).低压电器设计手册(Lowvoltage apparatus design manual)[M].北京:机械工业出版社(Beijing:China Machine Press),1992.

篇4：电磁场实验报告

摘要：根据华北电力大学创新实验班学生的专业特长，并结合“工程电磁场”的课程特点，提出了一些探索和实践方法，目的在于引导学生主动学习、主动思考和主动实践，自主地发现问题、分析问题和解决问题，从而达到积累知识、培养能力和提高素质的教学目标。

关键词：工程电磁场；教学方法改革；创新实验班

作者简介：王平（1982-），女，四川乐山人，华北电力大学电气与电子工程学院，讲师；李慧奇（1970-），男，河北邯郸人，华北电力大学电气与电子工程学院，副教授。（河北?保定?071003）

中图分类号：G642?????文献标识码：A?????文章编号：1007-0079（2012）27-0061-02

深化教学改革，培养创新人才，是时代发展对高等学校人才培养提出的新要求。华北电力大学（以下简称“我校）为加强学生创新能力培养，建立了本科创新人才培养实验班，积极进行课程体系、教学内容和教学方法的改革，开拓了多种形式的人才培养模式。本文就如何在创新实验班开展“工程电磁场”教学改革进行了研究与探索。

一、课程教学目标

“工程电磁场”课程是电气工程及其自动化专业的重要技术基础课。课程为学生专业课学习准备必要的基础知识，更为学生进一步展开电气工程领域的科学研究提供知识支撑。该课程的特点是理论性强、工程结合紧密、课程内容丰富，教师不仅要在有限的课堂教学时间内将知识传授给学生，更要注重培养学生研究型学习、自主学习、终生学习的能力，只有这样，学生在今后的学习工作中才能够适应技术的飞速发展。立足于新的时代要求，以“深化教学改革，培养创新人才”为目标导向，课程的主要教学目标为：在教学中借鉴国际优秀教材与教学体系，进一步完善课程体系内容，注重学生对电磁场基础理论的全面把握；改进教学模式与教学手段，结合现代电力技术的发展，增强学生的专业兴趣，提高学生主动研究型学习以及独立思考的能力。

二、课程教学改革的实施方案

1.教学内容改革方案

我校“工程电磁场”课程采用的核心教材为倪光正等编著的《工程电磁场原理》（第2版）。该教材在教学内容上能够突出强电和弱电的结合，电磁理论与工程实践的结合，电磁理论与相关学科交叉、渗透的结合，在国内有较大影响。教学内容的改革结合选用教材的特点，在保持必需的理论系统性考虑下，力求避免与物理电磁学之间的重复性叙述，而是务实地在深化概念、具体化理论应用上下工夫，以体现学生“温故而知新”，学以致用的学习成效。具体改革方案如下：

（1）加强矢量分析部分的复习。电磁场理论中标量的梯度、矢量的散度和旋度等概念非常重要，而大部分学生对于这三个概念的理解并不深刻。在高等数学中，对梯度进行了深入讨论，但对于矢量散度和旋度的学习，高等数学中只是给出了抽象的概念，并没有深入探讨散度和旋度的物理意义，学生掌握得并不好，所以在这里要先进行矢量复习，将矢量散度和旋度做进一步深入的讨论。教学过程中可将散度不为0的地方比做喷泉的泉眼，旋度比做流体力学中流体的旋涡，将散度和旋度理论配合多媒体教学课件制作动画显示哪些地方散度不为0，哪些地方旋度不为0，进而类比到电磁场中散度和旋度的概念。

（2）压缩静态电磁场学时。由于创新实验班学生的基础较好，为有效利用课程时间，我们在矢量复习的基础上适当压缩了静态电磁场的学时。因为静态电磁场的部分内容在大学物理电磁学中也有涉及，所以在电磁场课程中力求避免和电磁学的重复，减少安培环路定理、高斯定律的学时，重点讲述标量电位、矢量磁位引入后场的计算，结合边值问题，讲述电磁场的工程问题求解方法。

（3）增加准静态场的学时。由于在工频情况下，输电线路周围的电场可以等效为准静态电场，而变压器内部的涡流损耗可以等效为准静态磁场，而且在很多工程问题中，尤其在电气设备、电力传输等领域，时变电磁场的频率较低，因而在某些特定的情况下，可以忽略二次源或者的作用，使场有类似于静电场的性质。对学生加强准静态场的学习，有利于学生建立工程应用的思维方式，同时对于时谐电磁场的学习可以类比电路中的相量法和信号分析与处理中的傅里叶级数等知识，时谐电磁场就是将场源正弦变化的场量用复数形式表达，将对时间的微积分运算转换为代数运算，从而使计算得到了简化。

（4）增加数值计算方法的学习。电磁场数值分析方法正日渐渗入到许多交叉领域和新兴学科，然而经典的电磁场理论中并不包括这部分内容，一些教材也往往只作为备选内容。本文认为这部分知识应该有选择地给学生讲授，我校选择了有限差分和有限元两种方法，并结合例题介绍本部分知识，使学生了解这两种方法的基本思想、理论依据和求解过程，为进一步学习其他电磁场数值方法打下基础。

2.教学手段多样化

为了保证良好的教学质量，教学手段是需要着力改良的重点。因此，要注意教学手段的多样化，充分融合各种教学手段的优势。比如传统的板书授课有利于进行详细过程的推导、求解，易于调整讲解思路和讲解速度。多媒体教学信息量大，节省了大量板书的时间，适合表达一些不利于口头描述的图例、结果等。配合多媒体教学，引入仿真软件的使用，在课堂上进行简单的仿真，可以使概念和结论更直观地展现在学生眼前，加深学生的印象。

要改变传统的单向传输型课堂教学模式，在课堂教学中创设一种科学研究的教学环境和教学氛围，引导学生主动学习、主动思考和主动实践，自主地发现问题、分析问题和解决问题，从而达到积累知识、培养能力和提高素质的教学目标。

3.实践教学改革

实验是对理论教学的复习和补充，通过实验可以使学生对课堂上所学的知识进行复习，同时也可以检验学生对所学知识的掌握程度。根据我校“工程电磁场”实验课程的教学实际情况，提出实验按级划分、逐级进行的方式。工程电磁场实验分为：初级实验——简单的验证性实验；中级实验——根据实验目的和要求，学生独自进行实验的设计与验证；高级实验——结合课程所学的知识，由教师提出一些与工程实际相联系的简单项目要求，学生根据要求进行小系统的设计，课外完成。初级实验可以通过简单的实验电路系统来完成，实验简单、所需学时较少，可以一次验证几个，如静电场电力线的绘制和恒定磁场磁力线的绘制；中级实验为利用我校的电磁兼容国家重点实验室向学生展示3米法紧凑型电波暗室和辐射电磁场干扰和抗扰度测试系统等试验仪器，每4～5名学生可自愿结为一组，自主选择一项具体的实验合作完成；高级实验需要学生利用电磁场数值分析软件计算具体电磁场模型的场分布特性，如长接地金属槽的电位分布等，利用软件仿真求解过程中学生可以复习边值问题的求解方法，掌握电磁场的数值计算方法。通过这种分级的实验方式，既解决了实验课时少的问题，又激励了学生创造能力的发挥，使学生能开阔思路，大胆创新，提高了其解决实际问题的能力和团结合作的精神。

4.考核模式的改革

考试具有指挥棒作用，考核模式改革是教学改革的重要一环。传统的教学考核方式主要是通过考试来进行。考试的内容、方法和手段对学生的学习有引导作用：大部分学生会根据考试内容来选择课程的学习内容，一般是什么内容考试就学什么内容，而其他课程内容往往就被忽视，容易让学生形成考试的功利心，淡化了考试的评价作用；学生的学习方法受到考试内容和形式的影响，如果采用闭卷考试形式，以考查学生理论知识的掌握情况为主，那么，大部分学生将会采用死记硬背的方式来应付考试，使考试失去应有的作用。如果考试内容是以实验设计、操作技能、综合分析为主，就能促使学生真正理解所学知识，有利于提高学生分析问题、解决问题的能力。

“工程电磁场”课程的考核采用实践操作与理论闭卷考试相结合的考试方式。学生完成理论考试后要进行综合实验测试，最后按理论占70%、实验测试占20%、平时成绩占10%的评分标准进行评分。设定平时成绩是为了督促学生的平时学习，避免出现“平时应付，考前磨枪，考后忘光”现象，主要考核学生的作业完成情况和平时听课情况，同时也促进了互动式教学法的开展。卷面成绩主要考核学生对基础理论与知识的学习情况，同时也考查教学方法及手段改革的效果。实验成绩结合实践教学改革的方案，初级实验、中级试验和高级实验分别打分，再加权平均，通过设置与工程背景相关的试验学习，引导学生通过实践教学环节，真正理解所学内容，使学生既巩固理论知识又训练动手能力；同时也强调了重视实践、提高应用能力和设计能力、提高分析问题、解决问题的能力的重要性，提高了学生学习的自觉性、积极性和独立性，达到了懂理论、会设计、能动手的教学目的和教学效果。

三、结论

通过对“工程电磁场”课程教学体系、教学内容、教学方法及实验教学的改革使该课程的设置更加合理，内容更加丰富、新颖；教学方法和手段更加先进、多样化，能切实做到理论联系实际，有利于学生实践能力和创新精神的培养。

参考文献：

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[6]王士彬,张莲,万沛霖,等.“电磁场”课程教学内容改革的实践[J].电气电子教学学报,2006,28(5):8-11.

[7]丁毅,汪柏年.电磁场理论教学中非逻辑思维方法的运用[J].沈阳教育学院学报,2007,9(1):87-88.

篇5：测螺线管磁场实验报告

图1 图1是一个长为2l，匝数为N的单层密绕的直螺线管产生的磁场。当导线中流过电流I时，由毕奥—萨伐尔定律可以计算出在轴线上某一点P的磁感应强度为

式中，为单位长度上的线圈匝数，R为螺线管半径，x为P点到螺线管中心处的距离。在SI单位制中，B的单位为特斯拉（T）。图1同时给出B随x的分布曲线。

磁场测量的方法很多。其中最简单也是最常用的方法是基于电磁感应原理的探测线圈法。本实验采用此方法测量直螺线管中产生的交变磁场。下图是实验装置的实验装置的示意图。

图2 当螺线管A中通过一个低频的交流电流i(t)= I0sinωt时，在螺线管内产生一个与电流成正比的交变磁场B(t)= Cpi(t)= B0sinωt其中Cp是比例常数，把探测线圈A1放到螺线管内部或附近，在A1中将产生感生电动势，其大小取决于线圈所在处磁场的大小、线圈结构和线圈相对于磁场的取向。探测线圈的尺寸比较小，匝数比较多。若其截面积为S1，匝数为N1，线圈平面的法向平面与磁场方向的夹角为θ，则穿过线圈的磁通链数为:

Ψ = N1S1B(t)cosθ

根据法拉第定律，线圈中的感生电动势为：

通常测量的是电压的有效值，设E(t)的有效值为V，B(t)的有效值为B，则有，由此得出磁感应强度：

其中r1是探测线圈的半径，f是交变电源的频率。在测量过程中如始终保持A和A1在同一轴线上，此时，则螺线管中的磁感应强度为

在实验装置中，在待测螺线管回路中串接毫安计用于测量螺线管导线中交变电流的有效值。在探测线圈A1两端连接数字毫伏计用于测量A1中感应电动势的有效值。

使用探测线圈法测量直流磁场时，可以使用冲击电流计作为探测仪器，同学们可以参考冲击电流计原理设计出测量方法。

测螺线管磁场———实验内容

1．研究螺线管中磁感应强度B与电流I和感生电动势V之间的关系，测量螺线管中的磁感应强度。2．测量螺线管轴线上的磁场分布。

测螺线管磁场———实验仪器

图 1 : 测量螺线管内磁场实验装置全貌

测量螺线管内磁场实验仪器包括：铜导线螺线管、霍尔元件（轴向磁场探针）、（毫）

特斯拉计、电流源。

图 2 : 铜导线螺线管

图 3 : 霍尔元件（轴向磁场探针）

上图为轴向磁场探针，伸入螺线管中用于测量磁场强度，探针的另一端接在特斯拉计之

上，由特斯拉计给出磁场强度的读数。

图 4 :（毫）特斯拉计

给出磁场强度的读数。与测量直流导体外磁场中使用的特斯拉计相似。

图 5 : 电流源 为铜导线螺线管供电，产生磁场。

实验重点

1．掌握探测线圈法测量交变磁场的方法。2．测量螺线管轴线上的磁场分布。3．加深理解电磁感应定律及磁场的特征。实验难点

1．探测线圈法测量磁场的线路设计与连接，包括单刀双掷开关及交流毫伏计的使用。

2．低频信号发生器的使用。3．互感现象的观察及线路设计。操作指导

一、主窗口

在系统主界面上选择“螺线管磁场及其测量实验”并单击，即可进入本仿真实验平台，显示平台主窗口——实验室场景，看到实验台和实验仪器。

二、主菜单

在主窗口上单击鼠标右键，弹出主菜单。主菜单下还有子菜单。鼠标左键单击相应的主菜单项或子菜单项，则进入相应的实验部分（图1）。

图1 实验应按照主菜单的条目顺序进行。1．实验简介

选择主菜单的“简介”并单击可打开实验简介文档（图2）。

图2 鼠标移到上面蓝条处将显示操作提示，双击即可返回实验平台。2．实验仪器

选择主菜单的“实验仪器”并单击可打开实验仪器文档，操作与查看实验简介完全类似。3．实验原理

包括子菜单项“实验原理一”和“实验原理二”。

选中“实验原理”的“实验原理一”子菜单项并单击，将显示实验原理一，如图3。

图3 用鼠标操作滚动条，可使画面上下滚动。

鼠标移到上面蓝条处将显示操作提示，双击可返回实验平台。

选择“实验原理”的“实验原理二”子菜单项并单击，将显示实验原理二，与“实验原理一”操作相同。4．实验接线

选择“接线”并单击进入接线界面。本实验中晶体管毫伏表读数会随时间产生漂移，所以做本实验的关键是要对晶体管毫伏表经常短路调零以消除误差。为方便计，宜加一单刀双掷开关。正确接线图（不止一种）可参见图4。

图4 接线时选定一个接线柱，按住鼠标左键不放拖动，一根直导线即从接线柱引出。将导线末端拖至另一个接线柱释放鼠标，即可连接这两个接线柱。删除两个接线柱的连线，可将这两个接线柱重新连接一次。

接线完毕单击鼠标右键弹出菜单，选择“接线完毕”来判断接线是否正确，接线正确后才能开始实验。选择“重新接线”可删除所有导线。5．实验内容

接线正确后此菜单项才会有效。此菜单包括子菜单项“内容一”、“内容二”和“内容三”。单击子菜单项“内容一”即可进入实验内容一进行实验，如图5。

图5 仪器的基本操作方法

(1)旋钮的操作方法：所有的旋钮，其操作方法是一致的，即：用鼠标右键单击，则旋钮顺时针旋转；用鼠标左键单击，则旋钮逆时针旋转。包括旋钮“输出调节”，“调零旋钮”，以及频率调节。

(2)按钮的操作方法：用鼠标左键单击即可按下或弹起按钮。包括“衰减”和“频率倍乘”按钮。

(3)拨动开关的操作方法：操作非常简单，用鼠标左键单击开关即可改变开关的状态。

(4)探测线圈的粗调和细调，单刀双掷开关的操作和旋钮的调节一样。(5)毫伏表“量程”的调节和开关的操作一样。(6)单刀双掷开关的刀打到左边是调零位置，可调节“调零旋钮”调零；打到中间是断路位置；打到右边是测量位置，可以测量电路的电压。

在此界面的上部单击鼠标右键将弹出主菜单，做完实验内容一后选择实验内容

二、实验内容三继续实验。

实验时点击“实验参数”可打开实验参数文档，双击其上的蓝条关闭此文档；点击“实验内容”打开实验内容文档，双击其上的蓝条关闭此文档；实验时按实验内容文档的步骤进行实验，点击“数据记录及处理”打开数据处理窗口，将测量数据记录到相应的位置，数据处理窗口如图6。

图6 输入数据时在所要输入的空格处单击鼠标左键，再用键盘输入数据即可。画线时先在坐标图上单击鼠标左键描点，描点完毕点击“画线”可画线，如描点错误可在错点处再单击鼠标左键即可删除该点，点击“清画布”可删除所有点，点击“返回”返回实验操作界面。6．实验报告

篇6：电磁场实验报告

学院：

班级：

姓名：

学号：

一、实验建议

八周的电磁场与微波实验让我收获了很多知识与经验，也培养了我实验动手的能力，但与此同时我也发现了实验的一些不足之处，下面是我对部分实验的看法和建议：

1、课程安排不太合理

微波工程是上学期学的，大家还有比较深刻的印象，对实验原理理解的比较快，实验进行得也比较顺利。但电磁场是大二学的，已经基本都遗忘了，预习起来比较吃力，理解得也要慢一些。

2、希望学校能加强对实验器材的管理

实验中，我们很多次发现许多器件不足，需要各个组之间相互借用，有时还需要等到其他组做完才能继续实验。这不利于同学们完成实验，而且对于实验室的器材维护也会产生不利的影响。建议实验室以后加强对于实验器材的管理与维护，同时也加强同学们对实验器材的重视和爱护，共同努力，创造一个更好的实验环境。

3、实验互相干扰太严重

由于实验室较小，各组之间的干扰比较严重，几乎每次写实验误差分析的时候都要写上这一点。其实可以通过合理安排小组进行实验的时间或者扩大实验场地。

二、提出新的实验

用微波分光仪测量玻璃厚度

1、实验目的

深入理解电磁波的反射、折射和叠加

2、实验仪器

S426型分光仪的改进设备

3、实验原理

发射波在玻璃表面反射一次，透过玻璃后经反射板反射一次。当两次反射博得路径相差波长的整数倍的时候，接受喇叭收到的信号最强。

设玻璃厚度为x，可以动板与玻璃距离为d，θ1和θ2分别为入射角和折射角，v1和v2分别为空气中速度和玻璃中速度。

其中θ2可由计算得出，λ、d、θ1均可以测量得到。为减小实验误差可选取多个入射角进行测量。玻璃的折射率可参考以下数据。

4、实验内容及步骤

（1）将反射板紧贴玻璃，记下此时刻度d1；

（2）移动反射板，观察接收信号，当信号出现一次最大值时记下此时刻度d2；

（3）继续移动发射板，再次出现最大值时记下刻度d3；

（4）更换入射角度，重复以上步骤；

（5）将数据填入表格并进行计算。

5、数据记录

λ=（d3-d2）*2 d=d2-d1 带入公式（3），即可求出x

三、实验总结

电磁场与微波测量实验是通信工程、电子工程、自动控制、无线技术、微波工程、电磁兼容等专业的一门重要的基础实验课。电磁场与微波测量实验作为电磁场与电磁波、微波工程课程的重要组成部分，有助于培养学生动手、分析问题和解决问题的能力，以及使抽象的概念和理论形象化、具体化的能力，增强了我学习的兴趣与动力。

本学期，我们一共做了八次实验，其中有电磁波的反射、折射、衍射、干涉，无线信号场强特性的研究，微波信号特性的测量，频谱分析仪的实验与微波收发系统的搭建。通过这几次次实验，在理论上加深了认识，在实践上锻炼了动手能力、合作能力，学会了使用微波分光仪、波导测量线实验系统、频谱分析仪等实验仪器。通过这几次实验，我基本上将所学的信号与系统的知识得到了全面的应用与发展。

在电磁波现象观察实验中，我们观察了各种电磁波现象，包括电磁波的反射、折射、衍射、干涉，对电磁波的特性加深了认识，并学会使用微波分光仪测量这些现象的参数。老师认真地讲解和演示了微波分光仪的作用和使用方法，使我们对微波分光仪有了初步的了解。微波分光仪在各种实验中都起到很重要的作用，所以了解它的原理和使用方法是必备的基础知识，为以后的实验打下坚实的基础。记录数据在实验数据处理中是很重要的一步，认真的观察读数，准确的记录，看似很小的事情，做起来就会发现不是那么容易。这一次实验，我们对电磁波的本质、实验的方法有了初步的认识，为以后的实验作了准备。

无线信号场强特性的研究主要是用场强仪测量学校内室内室外不同地方的场强，来分析周围环境对信号电平的影响大小。这次试验也是我第一次接触场强仪，刚拿到手后还真觉得有点像大哥大，但是发现它的功能还是很多并且还非常先进。在实验中，我与小组其他成员分工合作，我负责测量，同伴负责记录数据与分析数据。在本次实验中，我对电磁波在空间中传播的方式有了更加直观的认识，加深了对于电磁场与电磁波、移动通信等课程理论知识的理解，并且加强了我进一步学习通信相关理论与实验课程的兴趣。

在微波工程参数特性测量实验中，我们对微波信号的波长、功率、驻波比、阻抗、介电常数进行了测量。前几次实验都是关于光的干涉的测量，而这是我们第一次进行关于微波实验的测量，一开始的时候没有找到测量方法，经过反复看书理解原理，我们逐渐掌握了仪器的操作方法和测量方法。由于对实验原理了解的比较透彻，本次测量实验进行的比较顺利，我们组都是女孩子因此较为耐心，扭螺钉的时候较为谨慎，因此实验误差相对来说较小。实验中团队合作很重要，一个人很难做到同时操作和读书，分工协作加快了我们的实验速度，并且相互讨论让我们进一步认识了实验的目的和作用。

其中我对阻抗测量及匹配印象较为深刻。在平时的学习中都只是理论计算单支节匹配的长度和位置，这次实验给力我们亲手操作的机会，亲自尝试了将不匹配的负载调节为匹配负载。实验中，在未掌握窍门是无论怎么调节驻波比都不会减小，不禁感到挫折和烦躁。之花又仔细阅读了实验的提示，慢慢摸索出了方法，很快就将负载调匹配。这告诉我们，在实验前要进行充分的预习，这会达到事倍功半的效果。

波导波长与晶体检波器的校准测量实验较前一个实验复杂一些，但是由于前一个实验让我们更为了解了微波测量系统各个部位器件的作用和应用，使得我们这个实验较为得心应手。这次实验难点在于读数，因为在调节的过程中指针不停地摆动，使得我们的读数容易产生误差，而且数值变化十分微小，需要谨小慎微，否则又要重新把数据测一遍。在一开始我们没有读懂题目的要求，测出了错误的数据，后来经过组员的交流和讨论，最终得到了正确的实验数据。

微波收发系统我们展示了现代通信技术的基础，也正是它才使得信息可以有效地传递。我们接触了频谱分析仪，频谱分析仪是一个精确测定信号频谱的仪器。我们掌握了频谱仪的基本工作原理与正确使用方法。我们明白了微波信号发送与接收的原理，知道了如何搭建一个简单的收发系统。将恢复后的信号与原信号进行对比，进行分析总结，观察信号是否产生失真并分析原因。这次实验是比较成功的，我们得到的信号与原信号基本吻合。在这次实验中，我锻炼了发现问题、分析问题与解决问题的能力。在实验中存在问题，第一反应不是询问老师而是分析问题产生的原因并找到解决问题的方法。

在做实验前，一定要预先实验，了解实验原理、实验步骤、实验目的。否则，上实验课时脑袋里一片空白，什么都不知道。这将使你在做实验时的难度加大，浪费做实验的宝贵时间。如果你不清楚，在做实验时才去看书，这将使你极大地浪费时间，事倍功半。做实验时，要亲力亲为，务必要将每个步骤、每个细节弄清楚、弄明白。实验后，还要复习、思考。这样，你的印象才深刻，记得才牢固。否则，过后不久你就会忘得一干二净。实验后的数据处理也非常重要。哪些数据需要处理，该怎么处理，这都需要我们好好思考。对实验数据的处理分析不仅需要我们对实验有着充分的理解，而且需要我们具有较好的数学基础。实验报告需要我们认真细致地完成，不能有一丝粗心，否则会将错误的数据进行处理从而得出错误的结论。同时要好好思考实验后的思考题。思考题往往是对我们整个实验没注意到的问题的考察，这迫使我们养成多问一个为什么的习惯。