实验指导书精要.doc

实验一 电磁波参量的测定实验 实验目的 观察电磁波的传播特性。 通过测定自由空间中电磁波的波长?，来确定电磁波传播的相位常数k和传播速度v。 了解用相干波的原理测量波长的方法。 实验内容 了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点、线路结构、使用方法。 测量信号源的工作波长（或频率）。 实验原理与说明 所使用的实验仪器 分度转台 晶体检波器 可变衰减器 喇叭天线 反射板 固态信号源 微安表 实验仪器布置图如下： 图1 实验仪器布置图 参阅图1。固态信号源所产生的信号经可变衰减器至矩形喇叭天线，在接收端用矩形喇叭天线接收信号，接收到的信号经晶体检波器后通过微安表指示。 原理 本实验利用相干波原理，通过测得的电磁波的波长?， 再由关系式 得到电磁波的主要参量k，v等。 实验示意图如图2所示。图中、、和分别表示辐射喇叭、固定反射板、可动反射板和接收喇叭，图中介质板是一的玻璃板，它对电磁波进行反射、折射后，可实现相干波测试。 设入射波为： 图2 实验示意图 当入射波以入射角向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波和折射波。设入射波为垂直极化波，用表示介质板的反射系数，用、分别表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。另外固定的和可动的金属反射板的反射系数均为-1。在一次近似的条件下，接收喇叭处的相干波分别为： 即两者幅度相等，相位差为，其中 从而可得 因为固定值，而是可改变的，改变可动反射板Pr2位置而取不同的值，可使行程相位差为。当的值使Pr3为最大输出时，必有与同相叠加。若与反相时，则Pr3输出指示为零。因此可以通过改变Pr2的位置即改变?l值，实现Pr3输出最大与零的重复出现，从而测出电磁波的波长?和相位常数k。有关数字表达式可推得如下 式中 为了测准波长?值，一般采用Pr3为零指示办法，即 或 这里表示相干波的节点，而除零以外的n值，又表示相干波合成驻波的半波长数，故n=0时，出现，在Pr2处记为l0。 又因 故得 ， 或：。为确定相干波节点以求，可把波形图表示于图3上。 图3 波形图 当 得第一个波节点位置 得第二个波节点位置 得第N个波节点位置 可见，当波节点总数为时，上移动的总距离为，它相当于个半波长数。即：，故： 。根据： 就可得到所测电磁波的参量?、k、v等值。可见测试波长?所用公式得出的是平均值。从理论上讲，n值越大，测出的?值精度应越高。 实际测试时，一般取n=4已足够，这时相应于5个波节点，所测的波长为 它表示了5个波节点的距离，相应于4个半波长。由于被测场处于近区场范围内，不仅影响着驻波节点位置均匀分布，而且使波幅值也有起伏。 实验步骤 了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点、线路结构、使用方法。 测量电磁波的波长。 首先调整好电磁波综合测试仪使能进行正常工作。然后测出电磁波的波长，根据测出的值，得到电磁波的重要参量k，由k值可计算出传播速度 用波长计（或频率计）测出信号源的工作波长（或频率）。 把测试值填入表1中。如采用3cm标准信号源，则可改变信号源工作频率（即改变）。由以上实验内容，得到相应的电磁波参量，并与作比较（如使用该仪器本身的固态信号源，它已调定在一个固定频率上工作，故ν及不能改变）。 表1 电磁波参量测试数据表 波长表(频率计)读数 微安表零指示次数 可动板总位移 自由空间中波长 波的相位常数 波的相速度 实验报告 实验名称 实验目的 实验步骤（包括使用设备，实验框架图，实验原理等） 实验结果（实验数据，相关数据处理） 讨论 （对实验结果和实验中碰到的一些问题的解释） 结论 （实验的收获，或者某些建议等等） 6．安全说明 在本实验室中所使用的微波源都在国际安全标准以内（10mW/cm2），不会对人体造成任何伤害。但是，在实验期间，请注意以下事项: 不要用眼睛望任何连接其他设备的开路传输线里面看; 不要把身体的任何部位放在传输线的开口端; 在拆/装微波元器件时，请关掉微波信号源。 思考题：用相干波测量自由空间波长时，介质板所放位置，为什么必须如图1所示。若把介质板转，将发生何种现象？这时，能否测准电磁波波长？为什么？ 实验二 电磁波的极化 实验目的 研究线极化、圆极化和椭圆极化电磁波的产生和各自的特点。 实验内容 圆极化波的调整与测试 线极化波的调整与测试 椭圆极化波的调整与测试 实验原理 所使用的实验仪器 固态信号源 频率计 衰减器 矩形喇叭 检波器 微安表 实验的仪器布置图见图1