工程电磁场实验报告

实验一 T形波导的内场分析

实验目的

1、 熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。 2、 掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。 实验仪器

1、 装有windows 系统的PC 一台 2、 HFSS15.0 或更高版本软件 3、 截图软件 实验原理

本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。

T形波导

实验步骤

1、新建工程设置：

运行HFSS并新建工程：打开 HFSS 软件后，自动创建一个新工程： Project1，由主菜单选 File\\Save as ，保存在指定的文件夹内，命名为Ex1_Tee；由主菜单选 Project\\ Insert HFSS Design，在工程树中选择 HFSSModel1，点右键，选择 Rename项，将设计命名为 TeeModel。

选择求解类型为模式驱动（Driven Model）：由主菜单选 HFSS\

实验一 T形波导的内场分析

实验目的

1、 熟悉并掌握HFSS的工作界面、操作步骤及工作流程。 2、 掌握T型波导功分器的设计方法、优化设计方法和工作原理。 实验仪器

1、 装有windows 系统的PC 一台 2、 HFSS15.0 或更高版本软件 3、 截图软件 实验原理

本实验所要分析的器件是下图所示的一个带有隔片的T形波导。其中，波导的端口1是信号输入端口，端口2和端口3是信号输出端口。正对着端口1一侧的波导壁凹进去一块，相当于在此处放置一个金属隔片。通过调节隔片的位置可以调节在端口1传输到端口2，从端口1传输到端口3的信号能量大小，以及反射回端口1的信号能量大小。

T形波导

实验步骤

1、新建工程设置：

运行HFSS并新建工程：打开 HFSS 软件后，自动创建一个新工程： Project1，由主菜单选 File\\Save as ，保存在指定的文件夹内，命名为Ex1_Tee；由主菜单选 Project\\ Insert HFSS Design，在工程树中选择 HFSSModel1，点右键，选择 Rename项，将设计命名为 TeeModel。

选择求解类型为模式驱动（Driven Model）：由主菜单选 HFSS\

电磁场与电磁波实验

班级 学号 姓名

08020804 2008301914 夏益锋

反射实验

2008301918 张筠鹏

2008301919 赵伟

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

?1?2极化 入射角φ1 理论反射角φ2 实测反射角φ2 φ2-φ2测 水平极化 45 45 47.4 2.4 垂直极化 45 45 47.5 2.5 ? 误差分析： 1． 仪器误差：发射天线和接收天线不能调到绝对的水平和垂直，因此也得不到绝对的水平

极化波和垂直极化波；反射金属板不是绝对的平面，也影响入射角和反射角的大小。 2． 人为操作误差：操作仪器时，读数时都会存在一定误差

3． 周围仪器发射电磁波影响误差：影响电流表示数，也就影响电流极大是的反射角大小。 4． 由于误差较小，在允许范围内。

1

电磁场与电磁波实验 衍射实验

第二章 衍射实验

? 实验原理：

当一束平面波垂直入射到一个狭缝，狭缝的宽度和波长可以比拟时，它就会发生衍射现象。

极小值：

a?sin??n??

??极大值：a

电磁场与电磁波实验报告

班级：

学号： 姓名： 同组人：

实验一 电磁波的反射实验

1.实验目的：

任何波动现象（无论是机械波、光波、无线电波），在波前进的过程中如遇到障碍物，波就要发生反射。本实验就是要研究微波在金属平板上发生反射时所遵守的波的反射定律。 2.实验原理：

电磁波从某一入射角i射到两种不同介质的分界面上时，其反射波总是按照反射角等于入射角的规律反射回来。

如图（1-2）所示，微波由发射喇叭发出，以入射角i设到金属板MM?,在反射方向的位置上，置一接收喇叭B，只有当B处在反射角i?约等于入射角i时，接收到的微波功率最大，这就证明了反射定律的正确性。

3.实验仪器：

本实验仪器包括三厘米固态信号发生器，微波分度计，反射金属铝制平板，微安表头。

4.实验步骤： 1） 2） 3） 4）

将发射喇叭的衰减器沿顺时针方向旋转，使它处于最大衰减位置； 打开信号源的开关，工作状态置于“等幅” 旋转衰减器看微安表是否有将金属

实验二：分支线匹配器 一、 实验目的

掌握支节匹配器的工作原理； 掌握微带线的基本概念和元件模型； 掌握微带线分支线匹配器的设计和仿真。

二、 实验原理

支节匹配器

支节匹配器是在主传输线上并联适当的电纳（或者串联适当的电抗），用附加的反射来抵消主传输线上原来的反射波，以达到匹配的目的。

单支节匹配器：调谐时，主要有两个可调参量：距离 d 和分支线的长度 l。匹配的基本思想是选择 d，使其在距离负载 d 处向主线看去的导纳 Y 是 ??0 + ???? 形式，即 ?? = ??0 + ???? ，其中 ??0 = 1/??0 。并联开路或短路分支线的作用是抵消 Y 的电纳部分，使总电纳为 ??0 ，实现匹配，因此，并联开路或短路分支线提供的电纳为 ????? ，根据该电纳值确定并联开路或短路分支线的长度 l，这样就达到匹配条件。

双支节匹配器：通过增加一支节，改进了单支节匹配器需要调节支节位置的不足，只需 调节两个分支线长度，就能够达到匹配（注意双支节匹配不是对任意负载阻抗都能匹配的，即存在一个不能得到匹配的禁区）。 微带线

微带线是有介质 ????(???? > 1) 和空气混合填充，基片上方是空气，导体带条和接地板之

实验一：球形载流线圈的场分布与自感

一、实验目的

1. 研究球形载流线圈（磁通球）的典型磁场分布及其自感参数； 2. 掌握感应电势法测量磁场的方法；

3. 在理论分析与实验研究相结合的基础上，力求深化对磁场边值问题、自感参数和磁场

测量方法等知识点的理解。

二、实验原理

（1）球形载流线圈（磁通球）的磁场分析

i

图1-1球形载流线圈（磁通球） 图1-2 呈轴对称性的计算场域

如图1?1所示，当在z向具有均匀的匝数密度分布的球形线圈中通以正弦电流i时，可等效看作为流经球表面层的面电流密度K的分布。显然，其等效原则在于载流安匝不变，即如设沿球表面的线匝密度分布为W′，则在与元长度dz对应的球面弧元Rd?上，应有

?W? Rdθ?i=??因在球面上，z?Rcos?，所以

N?dz?i ?2R?dz?d?Rcos???Rsin?d?

代入上式，可知对应于球面上线匝密度分布W′，应有

?Rsin?d?N?sin?

Rd?2R即沿球表面，该载流线圈的线匝密度分布W′正比于sin?，呈正弦分布。因此，本实验模拟

W??N2R的在球表面上等效的面电流密度K的分布为

K?Ni?sin??e? 2R由上式可见，面电流密度K周向分布，且其值正比于sin?。

因为，

THQXF-1型 磁悬浮实验仪实验

一、实验目的

1． 观察磁悬浮物理现象。

2． 深化对磁场能量、电感参数和电磁力等知识点的理解。 二、实验仪器

THQXF-1型 磁悬浮实验仪及配件。 三、实验原理

根据法拉第电磁感应定律，闭合导体回路中的磁通量变化时，回路中就会产生感应电动势，如果回路的电阻较小，则感应电动势将使回路中产生很大的感应电流。在大块导体中，因感应电流呈涡漩状，故称为电涡流。电涡流可使导体发热，也可以产生电磁力效应。

本实验装置中，如图所示利用扁平盘状线圈在调压器提供的50Hz交变电流激励下产生交变磁场。铝板自身构成闭合回路，在励磁磁场的作用下铝板中感生涡流。励磁线圈产生的磁场与铝板中涡流产生的感应磁场存在相互斥力，当电流增大到使两磁场间的作用力大于线圈自身的重力时，线圈便会浮起呈现磁悬浮状态。

图1 磁悬浮示意图

图2 线圈驱动电流与涡流的对应关系

当线圈中通过电流i1时， i1?sin?t

ω为驱动电流的角频率； 则铝盘中涡流i2可以表示为 i2?Msin(?t??)

式中M为涡流的感应系数，其值与线圈与导电铝板之间的距离相关；?为涡流与线圈驱动电流之间的相位差。

取驱动电流与感生涡流之间的相互作用系数为M'，则线圈与铝

华侨大学2009~2010学年第二学期《工程电磁场》课程考试试题（A）

考试形式：闭卷（120分钟）考试日期： 2010.6.22 院系： 班级： 姓名： 学号： 注：所有解答写在答题纸上

一、填空题（每空1分，共20分）

1、描述物质材料电磁性能的三个宏观电磁参数为： ， 和 。 2、电准静态场中，麦克斯韦方程组的微分形式表示为 ， ， 和 。

3、真空中半径为a 的圆球形空间内，分布有体密度为?的均匀电荷，则圆球内任一点的电场强度E1= er(r?a)；圆球外任一点的电场强度E2= er(r?a)。 4、恒定磁场中磁矢位A与磁感应强度B的关系是 ，A满足的泊松方程是 ，A的散度是 。

5、导电媒质中，自由电荷体密度?随时间衰

班级：姓名：学号：日期：

电磁场与电磁波实验报告

实验一

1

实验一静电场问题实例：平板电容器电容计算仿真

1.实验目的

1．学习Ansoftmaxwell软件的使用方法。 2．复习电磁学相关的基本理论。

3．通过软件的学习掌握运用Ansoft Maxwell运行电磁场仿真的流程。

4．通过对对平板电容器电容计算仿真实验进一步熟悉Ansoft Maxwell软件的应用。

2.实验内容

1.学习Ansoftmaxwell有限元分析步骤

2.会用Ansoftmaxwell后处理器和计算器对仿真结果分析 3.对圆柱体电容器电容仿真计算结果与理论结果值进行比较

3.实验步骤

平板电容器模型描述：

上下两极板尺寸：25mm×25mm×2mm，材料：pec（理想导体） 介质尺寸：25mm×25mm×1mm，材料：mica（云母介质） 激励：电压源，上极板电压：5V，下极板电压：0V。 要求计算该电容器的电容值 1.建模（Model）

Project > Insert Maxwell3D Design

File>Save as>Planar Cap（工程命名为“Planar Cap”） 选择求解器

类型：Maxwell > Solution Type>

《电磁学概论》 实验指导书

适用专业: 课程代码: 总 学 时: 总学分: 编写单位: 编 写 人: 审 核 人: 审 批 人: 批准时间: 年 月 日

目 录

实验一：工程电磁场有限元分析软件的学习及点电荷仿真实验 .................................. 3 实验二：静电场仿真实验 ................................................................. 13 实验三：静磁场仿真实验 ................................................................. 21

电磁学概论实验指导书 第 1 页 专业实验中心

电磁学概论实验指导