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南理工电磁场与电磁波实验大纲及指导说明书.doc

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南理工电磁场与电磁波实验大纲及指导说明书

“电磁场与电磁波” 课内实验大纲及实验指导书 实验一 电磁波参量的测定 实验二 电磁波的极化 唐万春,车文荃 编制 陈如山 审定 南京理工大学 通信工程系 2006年12月 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 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。 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再进入空气后的折射系数, 与为复数。另外固定的和可动的金属反射板的反射系数均为-1。 假设发射的平面波为: 分析时为在喇叭天线Pr0发射的波的传播方向上与相位参考零点所在的面之间的距离(有正、负值之分),相位参考零点不妨选介质板的中心点。忽略介质板与金属板之间的多次作用效应,则在反射板1与反射板2处的入射场与反射场可表示为: 它们在接收喇叭Pr3处的场为: 由于它们同频同极化,它们相干合成的场可写为 其中 上述过程可以用图3来示意。 图3 波形图 测量时,由于被测场处于测试结构的近区场范围内,不完全满足理想平面波的特性,这不仅影响着零点位置均匀分布,而且使波幅值也有起伏。为了测准波长?值,一般采用Pr3为零指示办法。由式可发现,合成波中当时,Pr3处的场为零。实验时,固定,移动,使得Pr3处的场为零。这时可得条件 不难发现相邻两个零值的与之间的间距为,从而达到测量目的。 得第一个零点位置 得第二个零点位置 … … 得第N+1个零点位置 可见,当零点总数为时,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。 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

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