【电磁波综合教学实验仪】
功能/作用介绍
简介
“电磁场与电磁波”高等学校电子信息类专业的重要基础课，是一门理论性强，概念抽象，难教难学的课程。电磁波综合教学实验仪是针对该课程的实验教学而研制开发的。在多年开设电磁场与电磁波实验的教学经验，电子科技大学以“眼见为实”的设计理念，创新开发出了这种电磁波综合教学实验仪，在近年本科生“电磁场理论”“电磁场与电磁波”的教学中应用，显著提升了课程教学效果。
1 实验仪工作原理
在实际应用中，电磁波的收发均离不开天线。天线是一个能量转换器，发射时把高频电流形式的能量转变为同频的电磁波能量，接收时把空间电磁波的能量转变为天线上的高频电流能量。
2 实验仪的组成
2.1 实验仪的基本构成
该电磁波综合教学实验仪由发射装置、接收装置、实验辅助装置构成。发射装置由信号发生器和发射天线构成。为使电磁波按规定方向辐射和传播，使用指向性强的定向发射天线。接收装置由前文所述原理的可视化电磁波感应器构成。在实验中，该装置由学生利用课堂学习到的知识自行设计并制作。由于按知识理解和掌握程度的不同，学生会设计制作出感应能力不同的电磁波接收装置，因此学生可通过该实验设计，充分调动其研究性学习的能力和自主学习的积极性。辅助装置包括支架平台、旋转机构、反射折射机构、多种强度指示装置等。根据实验项目内容和目的设计需要，辅助装置可灵活进行多种组合配置，以使实验项目的设计具有扩展性。
2.2 感应接收装置设计
制作天线的材料为Φ1mm的铜丝，便于弯曲和固定成形。其中电路板的尺寸为8mm×20mm。电路板的两端镀锡并各开一个Φ3mm的孔，并将小白炽灯焊接在两孔之间。同时，将一段计算好长度的铜丝一头弯曲成半环状，并用螺钉紧固于电路板一端开孔的位置。伸出来的铜丝用手弯曲成需要的形状，形成接收天线，电路板另一端也用相同方法制作。
3 实验仪的功能介绍
3.1 电磁波感应器的设计与制作实验
实验中，以线圈、环状铜丝作为接收器，在近场作用时，可理解为电磁感应现象，穿过线圈的变化磁场，在线圈中感应出变化电流，使灯泡发光。该实验方法可以帮助学生理解电磁感应的原理和作用。
3.2 电磁波传播特性实验
在实验支架上水平移动电磁波感应接收装置，可以观察和测量电磁波的传播规律。如果在传播方向上设置金属反射板，则可以观察到干涉现象。设计一个可旋转支臂，将感应接收装置置于旋转臂末端，可以观察和测量折射波和透射波。干涉所产生的驻波，在空间形成波幅和波节，据此可测量出电磁波的波长。
3.3 电磁波的极化实验
电磁波的极化是电磁理论和实际应用中的一个重要概念，也是“电磁场与波”教学中的重点和难点。电子科技大学近年来实验教学实践表明，让学生自己动手开展电磁波的极化类实验，是解决这个教学难点的有效途径。为开展该项实验，可利用前述实验设计中的辅助装置，改变收发天线间的极化匹配程度，并使用学生自制的接收装置来观察接收到的电磁波强度变化情况，进而测量出电磁波的极化状态(线极化、圆极化、椭圆极化)、轴比等，从而可有效帮助学生认识和掌握电磁波的极化特性。
3.4 天线类实验
利用实验设计中的辅助装置，将接收天线固定在方位面可360o旋转并带有刻度的实验支架上，可进行天线的辐射特性测量实验，如天线的主瓣宽度、副瓣电平、方向图等基本参数。
电磁波综合教学实验仪的功能和作用广泛，实验教师可以根据教学要求和学生实际情况设计实验内容。例如在电磁波感应器的设计与制作实验中，鼓励学生根据课堂所学知识开展个性化感应接收天线的设计，并借助简单的材料，如铜片、铜丝等，自己动手完成感应器天线的制作。不同的天线设计会产生天线增益、极化、主瓣方向等的差异，并表现出不同的接收效果，因此，通过该实践性实验，可达到激发学生自主学习积极性、培养学生知识应用能力和研究性学习能力的目的。
作品名称：电磁波综合教学实验仪
完成单位：电子科技大学
