電磁波實驗操作規(guī)程一、實驗?zāi)康?/p>

（一）掌握電磁波產(chǎn)生的基本原理和方法

（二）了解電磁波的傳播特性及測量方法

（三）驗證電磁波的基本物理規(guī)律

二、實驗原理

電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場和磁場在空間中傳播形成的波。其傳播速度為光速，波長和頻率滿足關(guān)系式：c=λf。本實驗通過振蕩電路產(chǎn)生電磁波，并通過天線輻射和接收裝置進(jìn)行測量。

三、實驗儀器與材料

（一）實驗儀器

1.高頻信號發(fā)生器

2.調(diào)諧電路裝置

3.天線發(fā)射裝置

4.示波器

5.頻率計

（二）實驗材料

1.磁芯

2.電容箱

3.線圈

4.連接導(dǎo)線

四、實驗步驟

（一）電路搭建

1.將高頻信號發(fā)生器輸出端連接至調(diào)諧電路的輸入端。

2.調(diào)整電容箱和線圈參數(shù)，使電路諧振于目標(biāo)頻率。

3.連接天線發(fā)射裝置，確保其與調(diào)諧電路匹配。

（二）信號發(fā)射與接收

1.打開高頻信號發(fā)生器，設(shè)置目標(biāo)頻率（如100MHz）。

2.使用頻率計確認(rèn)發(fā)射頻率，誤差范圍控制在±1MHz。

3.將示波器探頭連接至接收天線，調(diào)整至目標(biāo)頻率檔位。

（三）數(shù)據(jù)測量

1.逐步改變調(diào)諧電路的電容或電感，觀察接收信號的強(qiáng)度變化。

2.記錄不同諧振頻率下的信號幅度，繪制頻率-幅度關(guān)系曲線。

3.測量電磁波的傳播距離與衰減關(guān)系，記錄數(shù)據(jù)。

五、實驗注意事項

（一）操作安全

1.避免高頻信號發(fā)生器輸出端短路。

2.接觸天線時確保手干燥，防止觸電。

（二）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

1.示波器校準(zhǔn)前需預(yù)熱10分鐘。

2.頻率測量時需多次取平均值，減少誤差。

六、實驗結(jié)果分析

（一）諧振頻率分析

根據(jù)記錄的頻率-幅度關(guān)系曲線，確定電路的諧振頻率范圍（如90MHz-110MHz）。

（二）衰減特性分析

以傳播距離為橫坐標(biāo)，信號幅度為縱坐標(biāo)繪制曲線，驗證電磁波隨距離衰減的指數(shù)規(guī)律。

七、實驗總結(jié)

一、實驗?zāi)康?/p>

（一）掌握電磁波產(chǎn)生的基本原理和方法

1.理解電磁波的產(chǎn)生機(jī)制，即變化的電場和磁場如何相互作用并形成電磁波。

2.掌握通過LC振蕩電路產(chǎn)生高頻電磁波的具體方法。

3.學(xué)習(xí)使用天線將振蕩電流轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去的操作技術(shù)。

（二）了解電磁波的傳播特性及測量方法

1.觀察電磁波在自由空間中的傳播現(xiàn)象，如直線性傳播和衍射效應(yīng)。

2.學(xué)習(xí)使用示波器和頻率計測量電磁波的頻率和強(qiáng)度。

3.掌握通過信號強(qiáng)度變化分析電磁波衰減規(guī)律的方法。

（三）驗證電磁波的基本物理規(guī)律

1.驗證電磁波傳播速度為光速（約3×10?m/s）的近似值。

2.驗證波長和頻率的關(guān)系式c=λf在實際測量中的符合程度。

3.驗證電磁波強(qiáng)度隨距離平方反比衰減的規(guī)律。

二、實驗原理

電磁波是由振動的電場和磁場相互垂直且同相傳播形成的波動現(xiàn)象。根據(jù)麥克斯韋方程組，變化的電場會產(chǎn)生磁場，變化的磁場又會產(chǎn)生電場，這種相互激發(fā)的過程使電磁波得以在空間中傳播。

在本實驗中，LC振蕩電路通過電感L和電容C的充放電過程產(chǎn)生高頻振蕩電流，當(dāng)振蕩頻率滿足特定條件時，電路會發(fā)生諧振，此時振蕩能量最強(qiáng)，適合用于電磁波的發(fā)射。天線的作用是將電路中的高頻電流轉(zhuǎn)化為向四周輻射的電磁波。

電磁波的強(qiáng)度（功率）隨距離r的平方成反比衰減，即I∝1/r2，這一規(guī)律可以通過本實驗進(jìn)行驗證。同時，電磁波的頻率f和波長λ關(guān)系為c=λf，其中c為光速，通過測量f和λ可以驗證該關(guān)系式。

三、實驗儀器與材料

（一）實驗儀器

1.高頻信號發(fā)生器：用于提供穩(wěn)定的振蕩信號，頻率范圍0-1GHz，輸出功率0-10W可調(diào)。

2.調(diào)諧電路裝置：包含可調(diào)節(jié)的電感線圈（100-1000μH）和電容箱（1-1000pF），用于調(diào)整振蕩頻率。

3.天線發(fā)射裝置：8字形偶極子天線，工作頻率范圍50-200MHz，增益≥3dB。

4.示波器：帶寬≥500MHz，垂直分辨率1mV/div，時基1μs/div。

5.頻率計：測量精度±0.1MHz，測量范圍1kHz-1GHz。

6.信號接收放大器：增益50-200倍，工作頻率范圍30-300MHz。

7.測量支架：用于固定各儀器和天線，確保測量距離精確可控。

（二）實驗材料

1.磁芯：高磁導(dǎo)率鐵氧體磁芯，用于增強(qiáng)線圈磁場。

2.電容箱：可獨立調(diào)節(jié)每個電容單元的空氣介質(zhì)電容，便于精細(xì)調(diào)諧。

3.線圈：多股漆包銅線繞制，直徑1cm，匝數(shù)50-200匝可調(diào)。

4.連接導(dǎo)線：同軸電纜（特性阻抗50Ω），長度1-5m，用于連接各模塊。

5.電磁屏蔽罩：金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)，用于消除外界電磁干擾。

6.標(biāo)尺：精度0.1cm，用于測量天線間距。

四、實驗步驟

（一）電路搭建與調(diào)試

1.安裝調(diào)諧電路：

(1)將電感線圈套在磁芯上，用螺母固定。

(2)將電容箱并聯(lián)在線圈兩端，確保接線牢固。

(3)用同軸電纜將電路輸出端連接至高頻信號發(fā)生器。

2.初步諧振調(diào)整：

(1)打開高頻信號發(fā)生器，設(shè)置初始頻率100MHz。

(2)使用頻率計測量電路實際振蕩頻率，與設(shè)定值偏差＞5MHz時需調(diào)整電容箱。

(3)逐步旋轉(zhuǎn)電容箱旋鈕，使頻率計顯示值與設(shè)定值一致。

3.連接天線：

(1)將8字形偶極子天線通過BNC接口連接至電路輸出端。

(2)調(diào)整天線方向，使其與地面平行。

(3)用測距輪測量天線中心點距離地面高度，確保為1.5m。

（二）信號發(fā)射與接收

1.發(fā)射信號設(shè)置：

(1)將高頻信號發(fā)生器輸出功率調(diào)至5W。

(2)打開示波器，設(shè)置垂直檔位1V/div，掃描速度100μs/div。

(3)將示波器探頭連接至信號接收放大器輸入端。

2.接收信號校準(zhǔn)：

(1)將信號接收放大器增益調(diào)至100倍。

(2)將放大器輸出連接至示波器，調(diào)整觸發(fā)模式至自動。

(3)觀察示波器顯示的波形，確認(rèn)信號穩(wěn)定無噪聲。

3.空間傳播測量：

(1)將發(fā)射天線固定在距離接收天線5m處。

(2)緩慢移動接收天線，記錄示波器上信號幅度最大時的位置。

(3)以發(fā)射天線為圓心，用測距輪測量各接收點與發(fā)射天線的距離r。

（三）數(shù)據(jù)采集

1.頻率-幅度關(guān)系測量：

(1)保持發(fā)射功率5W不變，逐步改變電容箱電容值。

(2)每次改變后記錄諧振頻率f和對應(yīng)的最大信號幅度V。

(3)繪制f-V關(guān)系曲線，確定諧振頻率范圍。

2.衰減特性測量：

(1)將接收天線沿直線從5m移動至25m，每5m記錄一次信號幅度。

(2)記錄環(huán)境溫度（20-25℃）和濕度（40-60%），確保實驗條件穩(wěn)定。

(3)計算各距離下的衰減率α=10log(I?/I)，其中I?為5m處的信號強(qiáng)度。

五、實驗注意事項

（一）操作安全

1.高頻信號發(fā)生器輸出端禁止觸碰金屬物體，防止電弧燒傷。

2.實驗區(qū)域應(yīng)遠(yuǎn)離金屬結(jié)構(gòu)，避免信號反射干擾。

3.連接電纜時需確認(rèn)極性正確，防止設(shè)備損壞。

（二）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

1.調(diào)諧電路需在屏蔽罩內(nèi)進(jìn)行，防止環(huán)境電磁波干擾。

2.測量距離時需使用標(biāo)準(zhǔn)測距輪，誤差控制在±0.05m內(nèi)。

3.示波器校準(zhǔn)周期不超過1個月，校準(zhǔn)時使用標(biāo)準(zhǔn)信號源。

（三）儀器維護(hù)

1.高頻信號發(fā)生器使用后需用防塵罩覆蓋，避免灰塵影響接觸。

2.天線避免長時間暴曬，必要時用防曬布覆蓋。

3.所有儀器使用前需檢查電源線和連接器是否完好。

六、實驗結(jié)果分析

（一）諧振頻率分析

根據(jù)記錄的f-V數(shù)據(jù)，繪制對數(shù)關(guān)系曲線，擬合直線后得到諧振曲線斜率，計算Q值（品質(zhì)因數(shù)）。預(yù)期Q值在50-100范圍內(nèi)，表明電路損耗較小。

（二）衰減特性分析

1.繪制r-α關(guān)系曲線，驗證α與r呈線性關(guān)系。

2.計算直線斜率，理論值應(yīng)為-2，實際測量值應(yīng)接近-2（允許±15%誤差）。

3.計算實際電磁波波長λ=c/f，與理論值（約3m）對比，相對誤差＜5%。

（三）誤差分析

1.頻率測量誤差主要來自信號發(fā)生器和頻率計精度限制。

2.距離測量誤差來自測距輪刻度不準(zhǔn)和操作晃動。

3.接收信號強(qiáng)度受環(huán)境濕度影響，濕度增大時信號衰減加快。

七、實驗總結(jié)

本實驗通過搭建LC振蕩電路和天線系統(tǒng)，成功產(chǎn)生了并測量了電磁波的基本特性。實驗結(jié)果表明：

1.調(diào)諧電路可在特定頻率處產(chǎn)生最強(qiáng)振蕩，該頻率與電容、電感參數(shù)符合諧振公式f=1/(2π√(LC))。

2.電磁波強(qiáng)度隨距離平方反比衰減，與理論預(yù)期一致。

3.實驗測得的波長與頻率乘積接近光速，驗證了c=λf關(guān)系。

通過本實驗，掌握了電磁波產(chǎn)生和測量的基本技術(shù)，理解了其傳播規(guī)律，為后續(xù)無線通信實驗奠定了基礎(chǔ)。

一、實驗?zāi)康?/p>

（一）掌握電磁波產(chǎn)生的基本原理和方法

（二）了解電磁波的傳播特性及測量方法

（三）驗證電磁波的基本物理規(guī)律

二、實驗原理

電磁波是由同相振蕩且互相垂直的電場和磁場在空間中傳播形成的波。其傳播速度為光速，波長和頻率滿足關(guān)系式：c=λf。本實驗通過振蕩電路產(chǎn)生電磁波，并通過天線輻射和接收裝置進(jìn)行測量。

三、實驗儀器與材料

（一）實驗儀器

1.高頻信號發(fā)生器

2.調(diào)諧電路裝置

3.天線發(fā)射裝置

4.示波器

5.頻率計

（二）實驗材料

1.磁芯

2.電容箱

3.線圈

4.連接導(dǎo)線

四、實驗步驟

（一）電路搭建

1.將高頻信號發(fā)生器輸出端連接至調(diào)諧電路的輸入端。

2.調(diào)整電容箱和線圈參數(shù)，使電路諧振于目標(biāo)頻率。

3.連接天線發(fā)射裝置，確保其與調(diào)諧電路匹配。

（二）信號發(fā)射與接收

1.打開高頻信號發(fā)生器，設(shè)置目標(biāo)頻率（如100MHz）。

2.使用頻率計確認(rèn)發(fā)射頻率，誤差范圍控制在±1MHz。

3.將示波器探頭連接至接收天線，調(diào)整至目標(biāo)頻率檔位。

（三）數(shù)據(jù)測量

1.逐步改變調(diào)諧電路的電容或電感，觀察接收信號的強(qiáng)度變化。

2.記錄不同諧振頻率下的信號幅度，繪制頻率-幅度關(guān)系曲線。

3.測量電磁波的傳播距離與衰減關(guān)系，記錄數(shù)據(jù)。

五、實驗注意事項

（一）操作安全

1.避免高頻信號發(fā)生器輸出端短路。

2.接觸天線時確保手干燥，防止觸電。

（二）數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性

1.示波器校準(zhǔn)前需預(yù)熱10分鐘。

2.頻率測量時需多次取平均值，減少誤差。

六、實驗結(jié)果分析

（一）諧振頻率分析

根據(jù)記錄的頻率-幅度關(guān)系曲線，確定電路的諧振頻率范圍（如90MHz-110MHz）。

（二）衰減特性分析

以傳播距離為橫坐標(biāo)，信號幅度為縱坐標(biāo)繪制曲線，驗證電磁波隨距離衰減的指數(shù)規(guī)律。

七、實驗總結(jié)

一、實驗?zāi)康?/p>

（一）掌握電磁波產(chǎn)生的基本原理和方法

1.理解電磁波的產(chǎn)生機(jī)制，即變化的電場和磁場如何相互作用并形成電磁波。

2.掌握通過LC振蕩電路產(chǎn)生高頻電磁波的具體方法。

3.學(xué)習(xí)使用天線將振蕩電流轉(zhuǎn)化為電磁波輻射出去的操作技術(shù)。

（二）了解電磁波的傳播特性及測量方法

1.觀察電磁波在自由空間中的傳播現(xiàn)象，如直線性傳播和衍射效應(yīng)。

2.學(xué)習(xí)使用示波器和頻率計測量電磁波的頻率和強(qiáng)度。

3.掌握通過信號強(qiáng)度變化分析電磁波衰減規(guī)律的方法。

（三）驗證電磁波的基本物理規(guī)律

1.驗證電磁波傳播速度為光速（約3×10?m/s）的近似值。

2.驗證波長和頻率的關(guān)系式c=λf在實際測量中的符合程度。

3.驗證電磁波強(qiáng)度隨距離平方反比衰減的規(guī)律。

二、實驗原理

電磁波是由振動的電場和磁場相互垂直且同相傳播形成的波動現(xiàn)象。根據(jù)麥克斯韋方程組，變化的電場會產(chǎn)生磁場，變化的磁場又會產(chǎn)生電場，這種相互激發(fā)的過程使電磁波得以在空間中傳播。

在本實驗中，LC振蕩電路通過電感L和電容C的充放電過程產(chǎn)生高頻振蕩電流，當(dāng)振蕩頻率滿足特定條件時，電路會發(fā)生諧振，此時振蕩能量最強(qiáng)，適合用于電磁波的發(fā)射。天線的作用是將電路中的高頻電流轉(zhuǎn)化為向四周輻射的電磁波。

電磁波的強(qiáng)度（功率）隨距離r的平方成反比衰減，即I∝1/r2，這一規(guī)律可以通過本實驗進(jìn)行驗證。同時，電磁波的頻率f和波長λ關(guān)系為c=λf，其中c為光速，通過測量f和λ可以驗證該關(guān)系式。

三、實驗儀器與材料

（一）實驗儀器

1.高頻信號發(fā)生器：用于提供穩(wěn)定的振蕩信號，頻率范圍0-1GHz，輸出功率0-10W可調(diào)。

2.調(diào)諧電路裝置：包含可調(diào)節(jié)的電感線圈（100-1000μH）和電容箱（1-1000pF），用于調(diào)整振蕩頻率。

3.天線發(fā)射裝置：8字形偶極子天線，工作頻率范圍50-200MHz，增益≥3dB。

4.示波器：帶寬≥500MHz，垂直分辨率1mV/div，時基1μs/div。

5.頻率計：測量精度±0.1MHz，測量范圍1kHz-1GHz。

6.信號接收放大器：增益50-200倍，工作頻率范圍30-300MHz。

7.測量支架：用于固定各儀器和天線，確保測量距離精確可控。

（二）實驗材料

1.磁芯：高磁導(dǎo)率鐵氧體磁芯，用于增強(qiáng)線圈磁場。

2.電容箱：可獨立調(diào)節(jié)每個電容單元的空氣介質(zhì)電容，便于精細(xì)調(diào)諧。

3.線圈：多股漆包銅線繞制，直徑1cm，匝數(shù)50-200匝可調(diào)。

4.連接導(dǎo)線：同軸電纜（特性阻抗50Ω），長度1-5m，用于連接各模塊。

5.電磁屏蔽罩：金屬網(wǎng)結(jié)構(gòu)，用于消除外界電磁干擾。

6.標(biāo)尺：精度0.1cm，用于測量天線間距。

四、實驗步驟

（一）電路搭建與調(diào)試

1.安裝調(diào)諧電路：

(1)將電感線圈套在磁芯上，用螺母固定。

(2)將電容箱并聯(lián)在線圈兩端，確保接線牢固。

(3)用同軸電纜將電路輸出端連接至高頻信號發(fā)生器。

2.初步諧振調(diào)整：

(1)打開高頻信號發(fā)生器，設(shè)置初始頻率100MHz。

(2)使用頻率計測量電路實際振蕩頻率，與設(shè)定值偏差＞5MHz時需調(diào)整電容箱。

(3)逐步旋轉(zhuǎn)電容箱旋鈕，使頻率計顯示值與設(shè)定值一致。

3.連接天線：

(1)將8字形偶極子天線通過BNC接口連接至電路輸出端。

(2)調(diào)整天線方向，使其與地面平行。

(3)用測距輪測量天線中心點距離地面高度，確保為1.5m。

（二）信號發(fā)射與接收

1.發(fā)射信號設(shè)置：

(1)將高頻信號發(fā)生器輸出功率調(diào)至5W。

(2)打開示波器，設(shè)置垂直檔位1V/div，掃描速度100μs/div。

(3)將示波器探頭連接至信號接收放大器輸入端。

2.接收信號校準(zhǔn)：

(1)將信號接收放大器增益調(diào)至100倍。

(2)將放大器輸出連接至示波器，調(diào)整觸發(fā)模式至自動。

(3)觀察示波器顯示的波形，確認(rèn)信號穩(wěn)定無噪聲。

3.空間傳播測量：

(1)將發(fā)射天線固定在距離接收天線5m處。

(2)緩慢移動接收天線，記錄示波器上信號幅度最大時的位置。

(3)以發(fā)射天線為圓心，用測距輪測量各接收點與發(fā)射天線的距離r。

（三）數(shù)據(jù)采集

1.頻率-幅度關(guān)系測量：

(1)保持發(fā)射功率5W不變，逐步改變電容箱電容值。

(2)每次改變后記錄諧振頻率f和對應(yīng)的最大信號幅度V。

(3)繪制f-V關(guān)系曲線，確定諧振頻率范圍。

2.衰減特性測量：

(1)將接收天線沿直線從5m移動至25m，每5m記錄一次信號幅度。

(2)記錄環(huán)境溫度（20-25℃）和濕度（40-60%），確保實驗條件穩(wěn)定。

(3)計算各距離下的衰減率α=10log(I?/I)，其中I?為5m處的信號強(qiáng)度。

五、實驗注意事項

（一）操作安全

1.高頻信號發(fā)生器輸出端禁止觸碰金屬物體，防止電弧燒傷。

2.實驗區(qū)域應(yīng)遠(yuǎn)離金屬結(jié)構(gòu)，避免信號反射干擾。

3.連接電纜時需確認(rèn)極性正