电磁波教学综合实验仪
JMX-JY-02
电子技术与通讯(信)专业,越来越多的涉及到射频技术理论与技术应用,尤其工程实际中,越来越多的技术创新点多出于射频技术理论和应用,其中不乏包括最热门的无联网、北斗通讯导航等应用领域,越来越多的涉及到电磁场与波及天线理论。而“电磁场与波”是射频工程技术的基础理论课程,该课程公式多、运算难,数理依赖强,信息量大、内容繁杂,条理梳理困难。而面对高校教学而言该类课程教学任务重、教学要求高,师资缺乏,反映出来的问题是物理现象多、应用门类广,理论联系实际的门槛高。而学生要学懂这门课程又存在先修课程差异大,内容取舍难度大(包括高等数学、数理方程、矢量分析、大学物理、电磁学……)。鉴于各高校师资的能力限制、学校资源的投入限制,造成学生学习这门课程更加困难。
为了增强学生的感知认识、培养学生的实际工程能力,相关“电磁场与波”课程的实验教学势在必行。目前国内高校在射频实验室建设中,采用的设备配置方案有以下几种:
方案1、以北京大华生产的微波分光仪为实验核心的方案。该方案以光学原理实验教学为基础,实验设计虽然贴近电磁波原理,但仅从读表理解电磁波的核心知识点——麦克斯韦方程仍有缺失,加上体积庞大,备件繁多、实验准备过程复杂,实验过程不直观,仅限于对电磁波传播特性的验证性实验,对于电磁波的创新实验开展显得尤其困难,仍然不能帮助学生建立起对电磁波空间思维模型的建立。
方案2、以传统测量线系统为核心的方案。由于传统测量线是电磁波参数测试的传统标准方法,该方案能较为准确的帮助学生理解射频基本参数的测量基本方法,但不能有限地帮助学生建立起电磁波空间思维,不能进行频谱分析,不适应现代工程测量的潮流,测量线测量技术正在被现代现代电子测量技术所淘汰。这种方案不能为学生掌握当代测量仪器的使用方法,不利于培养学生实际工程能力。
方案3、以网络分析仪、频谱仪分析仪为核心的配置方案,该方案设备先进、功能强大,测量精度高,但价格昂贵,难以大量购置,适合进行演示实验,不适用于大规模地开展实验教学。
方案4、建立以“电磁波综合实验仪”为核心配置的电磁波实验教学手段。
一、射频实验室配置的原则和思路
采用现代射频测量技术,培养学生实际工程能力。由于现代射频测量仪器设备价格较高,为了适应高校大规模实验教学需要,设备配置遵循功能优先,兼顾指标的原则,即采用操作界面、测量方法符合实际工程使用情况,能够较全面覆盖包括电磁场与波、射频参数和网络参数的仪器设备。其仪器设备的性能指标满足传统与现代的结合,在使用现代测量方法的同时,由覆盖传统的测量线的实验内容,使实验教学贴近原理,最大限度地使实验过程可视化,学生能对抽象的理论建立起形象的感知认识,并掌握现代测量仪器的使用方法、分析、解决测量过程中出现的的问题,培养学生对电磁波分析和电磁波及其天线应用的创新能力。
二、实验室仪器配置方案
依据上述思路,电子科技大学“电磁场与波”实验教学团队以自主研发的“数字电磁波综合实验仪”为核心,在经费许可的前提下,少量配置演示实验用频谱仪、网络分析仪器,应用到教学实践。本配置方案适应现代电子测量手段,同时能够进行传统的测量线实验,功能较为完善全面,成本较低,适应大规模实验教学。
JMX-JY系列“电磁波综合实验仪”由“电磁场与波”国家精品课程创建人,教育部高等学校教学指导委员会委员,电子科技大学电磁场与波教学团队首席潘锦教授组织研发。以电磁波可视化的物理现象观察为基础,以电磁波物理参数测量可视、电磁波参数图形处理可视化为特色,使电磁波教学实验过程虚实结合,以物理的可视化方法,体验麦克斯韦方程的数学魅力,最大限度帮助学习者克服对电磁波单一数学模型繁琐推导和抽象思维理解,帮助学习者建立电磁波的形象空间思维,帮助授课老师结合不同专业课程设置特点,开展、开发射频新实验项目。该类实验教学仪器,无需配置其他的辅助设备和仪器就能够单独展开一系列实验教学活动,能使电磁波“摸得着,看得见”,全部实验过程都需要学生自己动手操作,让我们的实验一目了然。
序号 |
实验项目 |
实验性质 |
一 |
电磁感应类实验 | |
1 |
电磁波辐射原理实验 |
验证性试验 |
2 |
环状线圈电磁感应实验 |
验证性试验 |
3 |
位移电流验证试验 |
验证性试验 |
4 |
感应器制作实验 |
综合、设计、创新实验 |
二 |
电磁波传播类实验 |
|
1 |
线极化电磁波反射实验 |
综合验证性实验 |
2 |
圆极化波左旋/右旋反射实验 |
综合、设计、创新实验 |
3 |
迈克尔讯干涉实验 |
综合验证性实验 |
4 |
介电常数测量实验(选配) |
综合、设计、创新实验 |
三 |
电磁波极化类实验 |
|
1 |
电磁波的垂直/水平极化实验 |
验证性实验 |
2 |
电磁波圆极化实验 |
验证性实验 |
3 |
圆极化波左旋/右旋实验 |
综合、设计、创新实验 |
四 |
天线类实验 |
|
1 |
线性天线特性试验 |
综合、设计、创新实验 |
2 |
波渠天线特性实验 |
综合、设计、创新实验 |
3 |
多单元八木天线特性实验 |
综合、设计、创新实验 |
4 |
螺旋天线实验 |
综合、设计、创新实验 |
5 |
微带天线实验 |
综合、设计、创新实验 |
6 |
旋转法测绘天线方向图实验 |
综合性实验 |
7 |
天线增益测量实验(比较法) |
综合性实验 |
8 |
VSWR实验(只针对JMX-JY-2S型号) |
综合性实验 |
五 |
电磁兼容类实验(附件选配) |
|
1 |
电磁波检波器实验 |
综合、设计、创新实验 |
2 |
电磁屏蔽实验 |
综合、设计、创新实验 |
3 |
孔耦合实验 |
综合、设计、创新实验 |
4 |
缝隙耦合实验 |
综合、设计、创新实验 |
5 |
孔阵列耦合实验 |
综合、设计、创新实验 |
六 |
微波类实验(选配) |
|
|
电磁波参数同轴测量线测实验 |
综合实验 |