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电磁场电磁波可视化实验室建设方案

电磁场与电磁波可视化实验室建设方案
 
电磁场理论是研究电磁场中各物理量之间的关系及其空间分布和时间变化的理论。库仑定律揭示了电荷间的静电作用力与它们之间的距离平方成反比。安培等人又发现电流元之间的作用力也符合平方反比关系。麦克斯韦全面地总结了电磁学研究的全部成果,建立了完整的电磁场理论体系。以麦克斯韦方程组为核心的电磁理论,是经典物理学最引以自豪的成就之一。
理论要点:变化的磁场可以激发涡旋电场,变化的电场可以激发涡旋磁场,电场和磁场不是彼此孤立的,它们相互联系、相互激发组成一个统一的电磁场。
电磁场对物质的影响与物质的性质有关。电磁场理论不仅是物理学的重要组成部分,也是电工技术的理论基础。
电磁波(Electromagnetic wave)是由方向相同  且互相垂直的电场与磁场在空间中衍生发射的振荡粒子波,是以波动的形式传播的电磁场,具有波粒二象性,其粒子形态称为光子,电磁波与光子不是非黑即白的关系,而是根据实际研究的不同,其性质所体现出的两个侧面。由同相振荡且互相垂直的电场与磁场在空间中以波的形式移动,其传播方向垂直于电场与磁场构成的平面。电磁波在真空中速率固定,速度为光速。见麦克斯韦方程组。
电磁波伴随的电场方向,磁场方向,传播方向三者互相垂直,因此电磁波是横波。电磁波实际上分为电波和磁波,是二者的总称,但由于电场和磁场总是同时出现,同时消失,并相互转换,所以通常将二者合称为电磁波,有时可直接简称为电波。
在量子力学角度下,电磁波的能量以一份份的光子呈现,光子本质上来说就是波包,即以局域性能量呈现的波。电磁波的能量是量子化的,当其能级阶跃迁过辐射临界点,便以光子的形式向外辐射,此阶段波体为光子,光子属于玻色子。
一定频率范围的电磁波可以被人眼所看见,称之为可见光,或简称为光,太阳光是电磁波的一种可见的辐射形态。电磁波不依靠介质传播。
电磁辐射通常意义上指所有电磁辐射特性的电磁波,非电离辐射是指无线电波、微波、红外线、可见光、紫外线。而X射线及γ射线通常被认为是放射性的辐射。称作电离辐射  。
 
配置方案(按50人配置)

序号 设备名称 数量 单位 单价 金额
1 DB-SD24 电磁场电磁波可视化教学实验系统 50 13000 650000
2 实验桌 25 6000 150000
合计:800000元  含税含运费安装调试培训,供货周期45天
 
DB-SD24 电磁场电磁波可视化教学实验系统
 
一、概述
电磁场电磁波可视化教学实验系统开设“电磁场与波”等相关课程实验,突出设计类、综合类,兼备验证类相关实验,提高学生设计动手能力;该系统注重一系列趣味性实验过程,能最大限度调动激发学生自主学习知识的自觉性,以完成对重点知识点理解和运用为目的,培养学生创新能力。巧妙运用麦克斯韦方程的工程应用技术,采用特制的无源发光电磁波感应器,使抽象的“电磁波”看得见、摸得着,电波传播眼见为实,帮助学生建立空间形象;有效化解感念抽象于形象,化物理现象模糊于具体,改变实验呆板、实验内容单调,印象不深刻的弊端。开放式实验平台,支持授课老师利用本系统,广泛开展和开发创新实验项目,形成教学涉及学科面广,知识点覆盖宽,多学科实验项目丰富,实验系统使用效率高。
电磁场电磁波可视化教学实验系统设有波长测量、功率检波、电磁场极化等若干简单又富有论证性的实验。把检波天线放置在固定的位置以后,可以看到小灯泡的明暗与极化方式有着对应的关系。通过调整检波天线的位置或者检波天线的角度方向,观察发光灯泡的明暗变化。这样就可以直观的感受到电磁波的分布参数、极化等丰富的概念。
在整个电磁场电磁波可视化教学实验系统实验过程中,学生通过极其简单的几个操作,就可以将所学的抽象的知识,通过具象化的实验来验证清楚,进一步提高了教育教学的效率。
二、实验工作原理
用功率信号发射器作为发射源,通过发射天线产生电磁波,将另一副天线置于电磁波中,能在天线上感应高频电流,接收天线接收的功率足够强时,肖特基检波二极管将微波能量转变为直流电压,终端接上LED灯,电压达到一定值时可以点亮LED灯,形象直观的观察发射天线的方向图、主瓣、副瓣、后瓣、零点方向、极化等。
检波二极管输入功率点亮LED灯,不同的LED灯点亮电压不同,红色最低,兰色、白色最高。在现有配置情况下,最远可以在170cm处点亮,距离越近灯越亮。也可以将不同的LED组合使用,但点亮距离会稍微减小。

实验原理图
实验原理图

电磁场电磁波可视化教学实验系统

电磁场电磁波可视化教学实验系统

 
三、 实验内容
实验1、电磁波及传播特性实验
实验 2、电磁波极化特性实验
实验 3、电磁波反射与行驻波特性实验
实验4、电磁波反射特性实验
实验5、电磁波边界条件实验
实验6、电磁波对不同物质的透射实验
实验7、电磁辐射原理实验
实验8、天线方向图绘制实验

四、实验配置参数
序号 名 称 主 要 技 术 规 格
1 电磁波综合实验教学系统 铝合金导轨,发射支架,接收支架。
接收天线支架、滑台, 金属导体反射板线支架、滑台。
圆极化螺旋天线,极化栅格网滑台。
50cm低损耗同轴电缆,发射机一台,实验指导书。
2 工作频率 范  围:  138MHz-4.5GHz。
3 射频功率放大输出 功率控制:  0~31级衰减调整控制。
功率放大频率范围:2350MHz~2450MHz。
最大输出功率:<27dBm。
4 发射组件 一体化多频段三极化微带天线:覆盖垂直极化、水平极化、右旋圆极化;增益:>10dBi。
5 接收组件 无源检波器LED发光灵敏度:4dBm;LED灯颜色有红、黄、兰、绿、白色及其组合,接收天线微带八木天线半波天线等。
6 射频检波模组 检波灵敏度:>3.2GHz,动态范围:70dB收发最远距离170cm。

 电磁场电磁波可视化教学实验系统
电磁场电磁波可视化教学实验系统