[实用新型]一种可视互动电磁波实验教学系统

说明书

技术领域

本实用新型涉及教学实验仪器领域，特别涉及一种可视互动电磁波实验教学系统。

背景技术

“电磁场与电磁波”是高等学校电子信息类和电器信息类专业本科必修的一门技术基础课。当前传统的演示性、验证性实验教学方式，强调教学过程的统一性和教师的主导性，忽视学生的主体性和学生的个性，使实验教学过程压抑学生的自主性和创造性，不利于培养学生的创新精神和创造性实践能量的培养。目前高校传统的演示系、验证性不能满足教学改革，对于高校“电磁场与波”课程，集验证性、设计性、综合性的实验教学资源十分匮乏。

目前国内有部分高校采用微波分光仪开展电磁场与电磁波实验教学，该类装置主要是围绕电磁波光学特性，开展相关电磁波光学特征的演示性和验证性实验。另外该装置体积大，辅助设施多，实验过程繁琐，难以开展创新性和设计性实验，可视化效果不明显，学习者处于验证理论的被动认知过程，难以在高校普及推广。

近年来有少部分高校尝试利用计算机仿真技术，采用matlab、HFSS等仿真软件开展“电磁场与波”可视化虚拟实验教学，这类方法虽能实现“电磁波与电磁波”虚拟图像仿真，但要求使用者有熟练运用计算机仿真软件的能力，同时仿真使用者在建模过程，需有相当程度电磁波理论和制图功底，相对提高了电磁场与电磁波课程教与学的门槛，在高校课时资源有限的环境下，无形增加了“电磁场与波”授课老师和学生的额外负担，难以在高校普及。

实用新型内容

本实用新型针对现有技术的缺陷，提供了一种可视互动电磁波实验教学系统，能有效的解决上述现有技术存在的问题。

一种可视互动电磁波实验教学系统，由教学实验平台子系统、微波收发子系统、上位机/下位机操作控制子系统组成；

所述教学实验平台子系统包括：架轨机构、发射天线杆架、接收天线杆架、电磁波反射/透射杆架、测角传感电子系统、测距传感电子系统、云台机构；

架轨机构上设置三个滑块，滑块与架轨机构配合滑动，以滑动副方式相互连接；

发射天线杆架、接收天线杆架和电磁波反射/透射杆架分别安装于不同的滑块上，安装接收天线杆架的滑块在其余两个滑块之间；

所述发射天线杆架上设置发射天线安装位；发射天线杆架通过转动机构沿方位面转动，转动机构上安装测角传感电子系统；

所述接收天线杆架上设置接收天线安装位，下方设置让其转动的云台机构，测角传感电子系统安装于云台机构上，测距传感电子系统安装于接收天线杆架上；接收天线安装位可根据实验教学内容的设计，更换不同的接收天线或电磁波传感器；二维云台可在方位面和俯仰面在360度的范围内对接收天线或自制电磁波传感器进行角度调节；

所述电磁波反射/透射杆架由安装杆和金属反射板组成；金属反射板安装于安装杆上；金属反射板通过转动机构在安装杆上沿方位面转动，转动机构上安装测角传感电子系统；

所述测角传感电子系统包括测角传感器和传输控制电路板，可根据方位和俯仰姿态，采集角度信息，并传输相应信息；

所述测距传感电子系统包括测距传感器和传输控制电路板，根据不同滑块在架轨上的位置，采集滑块之间的相对位置信息，并传输相应信息；

所述微波收发子系统包括射频信号产生器、功率放大器、多极化发射天线、可视化电磁波接收装置、检波器；

所述射频信号产生器由晶振、频率范围在1Mhz以上可至8Ghz的压控振荡器、变频器、信号放大器组成，产生用于教学实验所用频率可调的电磁波信号；

所述功率放大器由2W至10W的放大模块及控制处理电路构成，对信号产生器输出的弱小电磁波信号在300Mhz至3Ghz频段范围内进行全频段功率放大或选频放大，使电磁波信号达到足够强度后，输送给多极化发射天线；

所述多极化天线安装在发射天线安装位上，由一付多点馈电的微带天线和多极化选择开关组构成；微带天线将来自于功率放大器传送来的电磁波向架轨方向单向辐射电磁波；多极化选择开关组，通过开关组合选择控制辐射电磁波的极化方式包括垂直极化、水平极化、圆极化；

所述可视化电磁波接收装置由接收天线和无源感应发光电子元件组成；接收天线安装于接收天线安装位，无源感应发光电子元件安装于接收天线的信号接收端口，并以不同的亮度显示强弱不同的电磁波接收信号；

所述检波器安装于电磁波接收通道，对来自于接收天线的电磁波信号进行检波，并将检波信号后的信号送至上位机/下位机操作控制子系统中处理；