电磁场实验

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，

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

华侨大学2008 --- 2009学年第二学期工

程电磁 场试题A卷

一． 填充题（在下列各题中，请将题中所要求的

解答填入题干中的各横线上方内。本大题共20分，共计10小题，每小题2分）

1． 麦克斯韦方程组的微分形式

是 、 、

、 。

2． 静电场中，理想介质分界面两侧电场强度E满足的

关系是 ，电

位移矢量D满足的关系是 。

3． 极化强度为P的电介质中，极化（束缚）电荷体密

度为ρP = ，

极化（束缚）电荷面密度为σP = 。 4．将一理想导体置于静电场中，导体内部的电场强度为 ，导体内部各点电

位 ，在导体表面，电场强度方向与导体表面法向方向是 关系。

5． 已知体积为V的介质的磁导率为μ，其中的恒定电流

J分布在空间形成磁场分布B和H，则空间的静磁能量密度为

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

华侨大学2008 --- 2009学年第二学期工程电磁场试题A卷

一． 填充题（在下列各题中，请将题中所要求的解答填入题干中的各

式。

7． 为分析与解算电磁场问题的需要，在动态电磁场中，通常应用的辅助位函数

为

和 ；它们和基本场量B、E之间的关系分别为 横线上方内。本大题共20分，共计10小题，每小题2分）

1． 麦克斯韦方程组的微分形式

是 、 、

、 。

2． 静电场中，理想介质分界面两侧电场强度E满足的关系是 ，电

位移矢量D满足的关系是 。

3． 极化强度为P的电介质中，极化（束缚）电荷体密度为ρP = ，

极化（束缚）电荷面密度为σP = 。

4．将一理想导体置于静电场中，导体内部的电场强度为 ，导体内部各点电

位

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

频谱特性测量演示实验

1. ESPI测试接收机所测频率范围为：9KHz —3GHz

2. ESPI测试接收机的RF输入端口

最大射频信号：+30dbm，最大直流：50v

3. 是否直观的观测到电磁波的存在？（回答是/否）

否

4?演示实验可以测到的空间信号有哪些，频段分别为：

广播：531K~1602KHz

GSM900 上行：890~915 MHz 下行：935~960 MHz

GSM1800 上行：1710~1755 MHz 下行：1805~1850 MHz

WCDMA上行：1920?1980MHz下行：2110?2170MHz

CDMA2000上行：1920?1980MHz下行：2110?2170MHz

TD-SCDMA2010 ?2025MHz

5. 课堂演示的模拟电视和数字电视频谱图：如何判断是模拟还是数字电视？

模拟信号以残留边带调幅方式频分复用传输，有明确的载波频率，不同频道的图像有不同的载波频率。模拟信号频谱为：每8MHz带宽即一个频道内，能量集中分布在图像载频上，在该载频附近有一个跳动的峰，为彩色副载波所在，再远一点（在8MHz内）还有一个峰,为伴音副载波的峰。

数字信号：一个数字频道的已调信号像一个抬高了的噪声平台，均匀地平铺于整个带宽之内，它的能量是

第8章 变化的电磁场

一、选择题

1. 若用条形磁铁竖直插入木质圆环, 则在环中是否产生感应电流和感应电动势的判

断是

[ ] (A) 产生感应电动势, 也产生感应电流

N S (B) 产生感应电动势, 不产生感应电流

(C) 不产生感应电动势, 也不产生感应电流 (D) 不产生感应电动势, 产生感应电流

图8-1-1

2．关于电磁感应, 下列说法中正确的是

[ ] (A) 变化着的电场所产生的磁场一定随时间而变化

(B) 变化着的磁场所产生的电场一定随时间而变化 (C) 有电流就有磁场, 没有电流就一定没有磁场 (D) 变化着的电场所产生的磁场不一定随时间而变化

3. 在有磁场变化着的空间内, 如果没有导体存在, 则该空间 [ ] (A) 既无感应电场又无感应电流 (B) 既无感应电场又无感应电动势 (C) 有感应电场和感应电动势 (D) 有感应电场无感应电动势

4. 在有磁场变化着的空间里没有实体物质, 则此空间中没有

[ ] (A) 电场 (B) 电力 (C) 感生电动势 (D) 感生电流

5. 两根相同的磁铁分