实验1 电磁波参量地测量.docxVIP

实验名称： 实验一 电磁波参量的测量 姓名： 刘晓辰 学号： 3120103790 P. PAGE \* MERGEFORMAT2专业： 信息与通信工程专业： 信息与通信工程 姓名： 刘晓辰 学号： 3120103790 日期： 2014.12.15 地点：___ 东四 ___课程名称：__ 电磁场与微波实验 __指导老师： 王子立 成绩：__________________【单周一上午】实验名称：_ 实验一 电磁波参量的测量_ _ 实验类型：___ 测量型_ 同组学生姓名： 盛慧文 【单周一上午】一、实验目的和要求（必填） 二、实验内容和原理（必填）三、主要仪器设备（必填） 四、操作方法和实验步骤五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析（必填）七、讨论、心得一、实验目的和要求1．学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性。2．通过测定自由空间中电磁波的波长λ，来确定电磁波传播的相位常数k和传播速度v。3．相干波原理测量波长的方法。二、实验内容和原理1．实验内容（1）了解与熟悉微波分光仪的结构和使用方法。（2）测量电磁波的波长λ。2．实验原理均匀平面电磁波在各项同性均匀煤质中传播时，具有以下特性：1. 平面电磁波向Z防线传播时，E、H和S三者互相垂直。2. 波因子中的相位常数，可见当电磁波的ω或λ已知时，其相位常数k就被确定。3. 真空中电磁波传播速度 （米/秒），在介质内电磁波的传播速度。4. 均匀平面电磁波在空气中的波阻抗 （欧）本实验利用相干波原理来测量电磁波的波长λ，再由，得到电磁波的主要参量k、v等。图1相干波测量波长实验装置如图1所示。图中Pr0、Pr1、Pr2、Pr3分别表示辐射喇叭天线、固定金属反射板、可动金属反射板和接收喇叭天线。图中介质板是一块30×30(cm)2玻璃板。由发射喇叭天线辐射来的电磁波一部分经介质板反射到达Pr1，再经Pr1反射和介质板的折射到达接收喇叭；另一部分能量通过介质板折射到达Pr2，再经Pr2反射和介质板的折射到达接收喇叭。这样，两部分能量在接收喇叭处形成相干波。设介质分界面上以入射角θ1斜入射一个垂直极化波，入射波电场为：则在分界面上便产生反射波Er和折射波Et。我们用R┴表示介质板的反射系数，用T┴o和T┴ε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，而固定的和可动的金属反射板的反射系数为-1。在一次近代的条件下，接收喇叭Pr3收到的两相干波为：两者的幅度相等。若忽略电磁波在介质中行程Z的相位值，则式中：Φ1=k(2Zo+Zr1)=kZ1Φ2=k(2Zr2+Zr1)=k(2Zo+2Δl+Zr1)=kZ2所以ΔZ=Z2-Z1=2Δl由于Z1=2Zo+Zr1为固定值，Z2=Z1+2Δl是可变的，所以当改变可动反射板Pr2的位置（即改变Z2值）就可使Er1和Er2同相叠加或者反相叠加。同相叠加时，Pr3输出指示最大；反相叠加时，Pr3输出指示为零。这样，我们通过改变Pr2的位置，即改变Δl值，使Pr3输出指示最大值与零值交替出现，从而测出电磁波的波长λ，并得到相位常数k。其数学表达式推导如下：接收喇叭Pr3的合成电场： 相位差 ΔΦ=Φ1-Φ2=k(Z2-Z1)=2kΔl为使测得的波长λ值较准确，通常取Pr3指示为零的点作为节点，即：则 因 故得 或 这里n=0，1，2……表示相干波合成电场Er=0时Pr3所在的节点，记这时Pr3的位置为ln，我们可以通过相干波的节点来求得λ值。将波形图示于图2上。图2当n=0时，，得到第一个波节点的位置l0；当n=1时，，得到第二个波节点的位置l1；依次类推，可得当n=N时，，得到第（N+1）个波节点的位置lN。显然，当波节点总数为（N+1）时，Pr2移动的总距离为（lN-l0），它等于N个半波长数。即 2(lN-l0）=Nλ可得 从 就可得被测电磁波的参量λ、k、υ值。由于得到的测试波长为平均值，从理论上讲，N值越大，得到的精度越高。实际测量中，一般取N=4，对应于5个波节点，则所测得波长为：它表示5个波节点间距离，对应4个半波长。试验中，由于实验装置中可移动金属板的移动装置限制，可能取不到5个波节点；而且由于发射和接收天线的距离较短（即为近区场），易产生各种发射和折射的干扰，因而在测量中不仅节点的均匀分布会受影响，而且节点的波谷值也会有起伏。（注意：由于只取波节点的位置且计算时取其长度的平均值，因此节点波谷值的起伏不影响测量结果。）三、主要仪器设备DH926A型微波分光仪一套，其中信号源为固态信号源，信号源输出加一