电子在电磁场中的运动实验报告

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

做最优秀的自己

带电粒子在电磁场中的运动

1、在如图所示的直角坐标中，x轴的上方存在与x轴正方向成45°角斜向右下方的匀强电场，场强的大小为E＝

×104V/m。x轴的下方有垂直于xOy面向外

的匀强磁场，磁感应强度的大小为B＝2×10-2T。把一个比荷为 =2×108C/㎏的正点电荷从坐标为（0，1）的A点处由静止释放。电荷所受的重力忽略不计。求：（1）电荷从释放到第一次进入磁场时所用的时间；

（2）电荷在磁场中做圆周运动的半径（保留两位有效 数字）；

（3）当电荷第二次到达x轴上时，电场立即反向，而场强大小不变，试确定电荷到达y轴时的位置坐标。

1

做最优秀的自己

带电粒子在电磁场中的运动

2、电性相反的两种带电粒子a和b，其比荷分别是Ka=qa/ma=5×106c/kg和Kb=3Ka，粒子重力不计，让它们沿着一对平行金属板间的水平中心线射入板间，开始时，两板间有互相垂直的向下的匀强电场和垂直纸面向里的匀强磁场，强度分别为E=l.5×104N/C和B=0.1T，极板长L=3×10-1m，如图，两极板右端紧靠着一竖直的边界，边界右侧又有足够大的垂直纸面向外的匀强磁场，磁感应强度也等于0.1T．两种粒子均能恰好沿中

matlab 在电磁场的一些应用实例

Matlab 在电磁场中的 应用2009.10

matlab 在电磁场的一些应用实例

一、单电荷的场分布单电荷的外部电位计算公式

q 4 0 r

等位线就是连接距离电荷等距离的点，在图上 表示就是一圈一圈的圆，而电力线就是由点向 外辐射的线，比较简单，这里就不再赘述。

matlab 在电磁场的一些应用实例

theta=[0:.01:2*pi]'; r=0:10; x=sin(theta)*r; y=cos(theta)*r; plot(x,y,'b') x=linspace(-5,5,100); for theta=[-pi/4 0 pi/4] y=x*tan(theta); hold on; plot(x,y); end grid on

matlab 在电磁场的一些应用实例

单电荷的等位线和电力线分布图

matlab 在电磁场的一些应用实例

二、点电荷电场线的图像

考虑一个三点电荷系所构成的系统。如图所示， 其中一个点电荷-q位于坐标原点，另一个-q位于y轴 上的点，最后一个+2q位于y轴的-点，则在xoy平面 内，电场强度应满足

. .

y -q-q +2q x

matlab 在电磁场的一些应用实例

E x, y

专题六：带电粒子在电磁场中的运动

一、典例精析：

例1．如图所示，一带电微粒质量为m=2.0×10-11kg、电荷量q=+1.0×10-5C，从静止开始经电压为U1=100V的电场加速后，水平进入两平行金属板间的偏转电场中，微粒射出电场时的偏转角θ=30º，并接着进入一个方向垂直纸面向里、宽度为D=34.6cm的匀强磁场区域。已知偏转电场中金属板长L=20cm，两板间距d=17.3cm，重力忽略不计。求： 带电微粒进入偏转电场时的速率v1；

偏转电场中两金属板间的电压U2； 为使带电微粒不会由磁场右边射出，该匀强磁场的磁感应强度B至少多大？

解析：

带电微粒经加速电场加速后速度为v，根据动能定理

U1q

12

mv1

2

=1.0×104m/s

v1

2U1qm

带电微粒在偏转电场中只受电场力作用，做类平抛运动。在水平方向微粒做匀速直线运动 水平方向：v1

Lt

带电微粒在竖直方向做匀加速直线运动，加速度为a，出电场时竖直方向速度为v2 竖直方向：a

Eqm

qUdm

qUdm

2

2

Lv1

v2 at 由几何关系

v2v2

U2L2dU

1

tan

qU2Ldmv

21

U

2

2dUL

1

tan

得U2 =100V

带电微粒进入磁场做匀

Matlab在电磁场中的应用

摘 要:根据电磁场与电磁波课程的现状,在实验教学中引入Matlab软件,利用Matlab的图形技术对时变电磁场的空间分布进行仿真。对理想介质的电磁波传播和矩形波导中的TE10模的场结构进行了动态仿真。实践证明,将抽象的电磁场概念形象化、可视化,大大加深了学生对电磁波传播特性的理解,取得了很好的教学效果。 关键词:电磁场与电磁波; Matlab; 仿真

Abstract: Based on the p resent state of the experiment of electromagnetic fields and waves course, Matlab software was introduced to simulate the spatial distribution of time varying electromagnetic fields in experimental teaching. The propagation of electromagnetic waves in a perfect medium and TE10 mode l of rectangular wave guide

matlab 在电磁场的一些应用实例

Matlab 在电磁场中的 应用2009.10

matlab 在电磁场的一些应用实例

一、单电荷的场分布单电荷的外部电位计算公式

q 4 0 r

等位线就是连接距离电荷等距离的点，在图上 表示就是一圈一圈的圆，而电力线就是由点向 外辐射的线，比较简单，这里就不再赘述。

matlab 在电磁场的一些应用实例

theta=[0:.01:2*pi]'; r=0:10; x=sin(theta)*r; y=cos(theta)*r; plot(x,y,'b') x=linspace(-5,5,100); for theta=[-pi/4 0 pi/4] y=x*tan(theta); hold on; plot(x,y); end grid on

matlab 在电磁场的一些应用实例

单电荷的等位线和电力线分布图

matlab 在电磁场的一些应用实例

二、点电荷电场线的图像

考虑一个三点电荷系所构成的系统。如图所示， 其中一个点电荷-q位于坐标原点，另一个-q位于y轴 上的点，最后一个+2q位于y轴的-点，则在xoy平面 内，电场强度应满足

. .

y -q-q +2q x

matlab 在电磁场的一些应用实例

E x, y

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