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1、 电磁场与电磁波研究论文指导书理论研究型一、 导体平板间点电荷的电场研究Oad q F = 0F = 0zx如图所示，两无限大导体平板电位均为零，板间有一点电荷q，试求板间电位、电场强度，并用matlab做出场分布示意图。思绪建议：1、 可从镜像法、分离变量法等方法中选择最佳求解方法。2、 注意该求解区域为三维空间。具体规定：1 理论分析；2. 数学推导；3. 仿真图示；4. 结论。二、 各种接地器跨步电压的分析和比较设接地器均为抱负导体，埋在电导率为0.6S/m的土壤中，若一次雷电中引下来电流100 kA，则跨步电压在安全电压范围内的安全半径是多少？（设人的跨步为0.8m，安全电压为36V）
2、。1 半球形浅埋接地器，切面与地面共面，半径为10cm；2 半径为10cm的球形接地器，球心距地面20cm；3 直立管形接地器，管口与地面平齐，半径为2cm，长为2m；4 若要使这些接地器达成形同的的安全半径，可采用哪些调整措施？具体规定：1 理论分析；2. 数学推导；3. 参数比较；4. 结论。三、磁场力研究长直螺线管单位长度上均匀密绕着 n 匝线圈，通流 I，铁芯磁导率为m，截面积为S，求作用在铁心截面上的力。Ox x+Dx下列解答是否对的？问题出在哪？试给出对的解答。解：空螺线管内磁场均匀，为H = nI假设铁心沿轴向方向虚位移Dx 思绪建议：1. 讨论安培环路定律的合用条件，分析本例是
3、否合用；2. 讨论本例的边界条件如何满足。具体规定：1 分析螺线管内的B和H分布特点；2. 数学推导；3. 做出B-x、H-x曲线；4. 结论。工程应用型一、护轮轨装置对机车信号的影响1问题的提出为适应大型机械捣固需求，铁道部将原铁路桥梁护轮轨的铺设方案进行了改善。原护轮轨与钢轨安装布置如图1所示，其中护轮轨与基本轨的间距为200mm,为了防止护轮轨对机车信号的干扰，在护轮轨两头增长了绝缘，在长大桥梁，每隔200m每根护轮轨家绝缘，加绝缘可防止轨道电路的两条钢轨与护轮轨被金属物直接短路，导致轨道电路红光带，另一个作用防止基本轨与护轮轨之间的电磁感应导致机车信号乱显示。轨道电路受电端 钢轨基本轨
4、 护轮轨 轨道电路送电端 200mm绝缘 200mm 护轮轨 图1 原安装布置示意图新标准为钢轨基本轨与护轮轨之间的间距为500mm。XX局根据部规定，研制了新的护轮轨紧固件，原理如图2所示，虽然在护轮轨两端可以加绝缘，但紧固件加装绝缘有困难，容易导致两根护轮轨间电气短路。轨道电路受电端 钢轨基本轨 护轮轨 轨道电路送电端 500mm绝缘 500mm 护轮轨 紧固件 图2 新护轮轨安装布置示意图 基本轨与护轮轨之间容易导致轨道电路短路是明显的，但两轨之间对机车信号的影响，特别是加不加绝缘，两轨间距离对机车信号的影响，没有定量分析。希望能通过电磁场的分析计算，得道较为准确的结果。计算条件：1、
5、轨道电路区段中的护轮轨长度分别为50、100、200m。2、 轨道电路区段中传输信号频率分别为550、1700、2600Hz.3、 轨道电路区段中传输信号电流分别为0.5、1、2、4A.4、 护轮轨与基本轨之间距离分别为200、500mm。5、 两根护轮轨绝缘情况：加绝缘、不加绝缘。6、 钢轨电感：1.3mh/km2.具体规定1）建立计算模型：涉及电路模型的建立和模型中各参数的拟定；2）分析和计算：对所给计算条件分别计算磁场分布，运用计算结果比较各种条件对机车信号的影响3）结论：对护轮轨新老设计方案给出你的分析结果。3.参考资料：1）查阅轨道信号工作原理2）查阅机车信号工作原理3）查阅护轮轨相
6、关设计资料4. 解决问题的建议：1）、轨道信号电流模型可按长线电流设计；2）、考虑不同频率的轨道电流的趋肤效应；3）、考虑或不考虑地面的镜像影响；4）、各计算结果以图表形式表达。二、天线的方向性研究研究以下天线的方向性因子，选择一种天线，运用matlab编写他们的平面和立体方向图。l 电偶极子l 对称振子天线l 二元平行振天线阵l 喇叭口天线l 抛物面天线）、规定和建议：1. 推导所选天线的电磁场分布；2. 了解方向性因子的定义，并计算；3. 运用matlab编写他们的平面和立体方向图，并用动画展示。实验探究型一、电磁波反射与折射实验研究电磁波在良导体及介质表面满足反射定律和折射定律，平行极化
7、波在介质表面可发生全折射现象。本实验将运用理论知识和成套实验设备验证电磁波的相关定律，了解电磁波的实验方法；并在不增长实验设备的情况下，设计一些干扰，考察电磁环境对实验结果的影响。1. 实验目的：（1） 纯熟掌握分光仪的调整方法，涉及频率调整、衰减调整、发射和接受喇叭的调整等；（2） 纯熟掌握数据采集仪的使用方法；（3） 将理论知识与实验方法互相对照，完毕实验内容。2实验原理（1） 电磁波斜入射到不同介质分界面上的反射和折射如图1所示， 平行极化的均匀平面波以角度q 入射到良介质表面时，由入射波、反射波和折射波的表达式可以得出斯耐尔反射定律 和斯耐尔折射定律 E+EtE-q q qzxH+H-
8、Ht 图1. 平行极化波的斜入射示意图并计算出平行极化波的反射系数R/和折射系数T/： （2） 全折射发生的条件： 全折射也即没有反射波，发生全折射的条件可通过令反射系数为零得到。1） 对斜入射情形，令，可得全折射时的入射角： 该入射角称为布儒斯特角。可以证明，此时的折射角。可见，若电磁波以角度qP 入射到厚度为d的介质板表面，则这正是电磁波由e2到e1的全折射条件。因此，当电磁波以布儒斯特角从介质板的一侧入射时，在介质板的另一侧可接受到所有信号。如图2所示。 e1，m0e2，m0e1，m0dqqqq 图2 介质板全折射示意图对垂直极化波，类似的推导结果表白，其不会发生全折射现象。2） 对垂直
9、入射情形，反射系数和折射系数变为 显然，当时，也即在同一种媒质中，电磁波是全折射的，并无讨论意义。当e2 具有一定厚度d ，且e2 两侧同为空气时（），如图3所示，运用传输线输入阻抗的概念和公式，得到e1、e2分界面上的输入阻抗 当时，可实现无反射，其条件为 满足该条件的介质板称为半波长无反射介质板。 e1，m0e2，m0e1，m0d 图3 垂直入射介质板时全折射示意图（3） 电磁波斜入射到良导体表面的反射良导体的特性近似于抱负导体，电磁波投射到良导体表面时，可认为发生全反射，此时，。3. 实验仪器：（1） DH926B型微波分光仪，喇叭天线，DH1121B型三厘米固态信号源；（2） DH92
10、6AD型数据采集仪，计算机；（3） 良导体反射板1个，1.5 mm半透射板1个，泡沫板1个。4. 实验内容与环节：本实验将测量良导体表面和介质表面的反射角及介质发生全折射时的布儒斯特角和折射角。（1）连接系统：如图4构建系统，启动DH1121B型三厘米固态信号源、计算机及数据采集仪；对的调整两个喇叭的口面；学会运用工作平台的0-180刻度读取入射波和反射波的角度。图4 单缝衍射实验系统连接示意图（2） 运营软件：运营应用软件，在启动界面上点击“进入”按钮，进入系统“主菜单”，选择菜单项“微波物理实验”，可看到十个子菜单项。单击第一个子菜单项“反射实验”，按提醒进入采集过程界面。 （3） 完毕以
11、下测试内容：1）反射角的测试先不加反射板，测出入射场E01，再加上良导体反射板，然后改变入射角，测出不同入射角下的反射角。将有关数据填入下表。 测试数据表1入射角30405060708085反射角2）良介质全折射的测试：用厚度为1.5 mm的玻璃板，替换下前面的良导体反射板，使接受和辐射喇叭保持在一条支线上，然后通过转动平台改变波对介质板的入射角，使接受的折射波场与入射波场相等，即E01=E02。这时反射波应为零，记下电磁波的入射角。 测试数据表2布儒斯特角折射角计算值测试值计算值测试值然后将辐射与接受喇叭转到垂直极化工作状态，改变入射角，观测有无全折射现象发生。5. 实验问题思考：问题1：入
12、射面和反射面如何拟定？他们和介质面的关系如何？问题2：若未放置金属板时，直接接受到的电磁波为1V/m，放置金属板后，在反射角处接受到的电磁波的场强数值应为多少？实际是多少？问题3：全折射的条件是什么？水平极化波和垂直极化波如何区分？对发射和接受喇叭有何规定？问题5. 验证反射定律时，若把金属板换成玻璃板，再换成泡沫板，有何不同？6. 实验拓展测试环境研究（1） 在金属板反射实验测试时，对某一入射角例如45，选取不同的入射波场强，观测反射波的场强与入射波场强的偏差值，由此估计一下实验室当下的电磁环境对测量结果有何影响？完毕以下测试。入射场0.1V/m0.3V/m0.5V/m1.0V/m1.5V/m2.0V/m2.5V/m反射场（2） 在金属板反射实验测试时，对某一入射角例如60，选取合适的入射波场强，测出反射角后，保持接受喇叭不动。取一个打火机，在入射波轴线附近打火，观测打火的瞬间反射场的变化，完毕以下测试。你能得到什么结论？入射场打火机与轴线距离10cm20cm30cm50cm1m1.5m2m反射场7. 评分标准：系统连接对的，
