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2025-05-22 07:10

電磁場輻射和接收原理實驗

一、實驗?zāi)康?/strong>
1. 認識天線的作用與地位，理解互易定理和接收天線電參數(shù)的定義
2. 深刻理解電磁輻射與天線的關(guān)系，掌握描述接收天線的性能指標
3. 掌握理解電磁輻射的基本要素。
4．掌握弗利斯傳輸公式以及接收功率最大的三個條件。
5．了解發(fā)射天線與接收天線的關(guān)系，作為接收天線應(yīng)有什么要求。
二、實驗原理
電磁波輻射就是將電場與磁場，二者互相作用，所形成的波動，以輻射方式傳送到遠方。電磁能量脫離波源的束縛，向空間傳播的現(xiàn)象稱為電磁輻射。電磁波的輻射是一種客觀存在的物理現(xiàn)象，對于無線通信、導航和雷達而言，電磁輻射是極其重要的，需要充分地加以利用；而在某些電子系統(tǒng)中，由于存在電磁波的輻射或無線電泄漏會影響到其他設(shè)備或系統(tǒng)的正常工作，這時電磁輻射變成了一種有害的電磁干擾，需要對其進行必要的限制。天線輻射的是電磁波，接收的也是電磁波，然而發(fā)射機通過饋線送入天線的并不是電磁波，接收天線也不能把電磁場波直接經(jīng)過饋線送入接收機，其中必須進行能量的轉(zhuǎn)換。天線除了能有效 地輻射或者接收電磁波外，還能完成高頻電流到同頻率電磁波的轉(zhuǎn)換，或者完成電磁波到同頻率的高頻電流的轉(zhuǎn)換。所以天線是一個能量轉(zhuǎn)換器。
產(chǎn)生電磁波輻射應(yīng)具備以下條件：
 1．必須存在時變源，時變源可以是時變的電荷源，時變的電流源，或時變的電磁場。為了有效地產(chǎn)生電磁輻射，時變源的頻率應(yīng)足夠高，更確切地說，輻射系統(tǒng)的尺寸大小能和電磁波波長比擬時，才有可能產(chǎn)生明顯的輻射效應(yīng)。
2．波源電路必須開放。源電路的結(jié)構(gòu)方式對輻射強弱有極大的影響。封閉的電路結(jié)構(gòu)，如諧振腔是不會產(chǎn)生輻射的。源電路越開放輻射越強。
導線載有交變電場時，就可以形成電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長短 和形狀有關(guān)。如果導線位置如圖a，兩導線的距離很近，且兩導線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢幾乎可以抵消，因而輻射很微弱。如果將兩導線張開，這時由于兩導線的 電流方向相同，由兩導線所產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢方向相同，因而輻射較強。當導線的長度ｌ遠小于波長時，導線的電流很小，輻射很微弱。
下圖所示給出由高頻開路平行雙導線傳輸線演變?yōu)樘炀�的過程。開始時平行雙導線傳輸線之間的電場呈現(xiàn)駐波分布，導線上有交變電流流動時，就可以發(fā)生電磁波的輻射，輻射的能力與導線的長度和形狀有關(guān)。

圖1電磁輻射示意圖
1.如圖a，在兩根互相平行的導線上，電流方向相反，線間距離又遠遠小于波長，它們所激發(fā)的電磁場在兩線外部的大部分空間由于相位相反而互相抵消。
2.如圖b，將兩線末端逐漸張開，那么在某些方向上，電場散播在周圍空間，兩導線產(chǎn)生的電磁場就不能抵消，輻射將會逐漸增強。
3.如圖c，當兩線完全張開時，張開的兩臂上電流方向相同，它們在周圍空間激發(fā)的電磁場只在一定方向由于相位關(guān)系而互相抵消，在大部分方向則互相疊加，使輻射顯著增強。
4.當導線的長度L遠小于波長λ時，輻射很微弱；導線的長度L增大到可與波長相比接近時，導線上的電流將大大增加，能形成較強的輻射。這樣的結(jié)構(gòu)被稱為開放式結(jié)構(gòu)。由末端開路的平行雙導線傳輸線張開而成的天線，就是通常的對稱振子天線，是最簡單的一種天線。
 
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)�，接收天線傳輸?shù)浇K端負載上的功率為
 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。

  

三、實驗內(nèi)容
1.構(gòu)建實驗平臺，掌握弗利斯傳輸公式以及接收功率最大的三個條件。
2.研究輻射與天線形狀的關(guān)系，了解發(fā)射天線與接收天線的關(guān)系。
3. 手持微帶接收八木天線尋找發(fā)射天線的最大方向和零輻射方向及后瓣電平。
4. 深刻理解電磁輻射與天線的關(guān)系。

圖2電磁輻射圖
四、實驗步驟
1）用SMA連接電纜RF與極化天線口，將電磁波信號輸送到極化天線上。
2）將八木天線安裝到旋轉(zhuǎn)支架上，將其垂直放置，移動到距離發(fā)射天線80～90cm處。
3）將手持微帶接收八木天線對準來波方向，圍繞發(fā)射天線在H面移動接收天線測量LED燈點亮距離，特別注意副瓣和后瓣點亮距離。
4）將手持微帶接收八木天線對準來波方向，圍繞發(fā)射天線在E面移動接收天線測量LED燈點亮距離，特別注意副瓣和后瓣點亮距離。
5）比較E、H的波瓣寬度。
6）采用不同顏色LED重做上述實驗。
五、注意事項
1.按下按鈕時，若沒有功率輸出，應(yīng)立即停止發(fā)射，檢查射頻電纜頭與儀器的接頭是否連接牢固，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；用微安表測量時輸出接10dB衰減器防止微安表打表。防止空載工作燒壞微波放大器。
2.盡量減少按下按鈕的時間，以免影響其它小組的測試準確性。
3.測試時盡量避免人員走動，以免人體反射影響測試結(jié)果。

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