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1、電磁波傳播特性摘要：本文使用電磁波綜合測試儀，通過邁克爾遜干涉的方法，測量了實驗所采用的電磁波的波長。此外，本文還使用綜合測試儀驗證了電磁波的反射定律。關鍵詞：電磁波綜合測試儀；邁克爾遜干涉；反射定律1.實驗目的1）了解電磁波綜合測試儀的結(jié)構(gòu)，掌握其工作原理；2）利用相干波原理，測定自由空間內(nèi)電磁波波長λ，確定電磁波的相位常數(shù)K和波速v；3）研究電磁波在良導體表面的反射。2.實驗儀器1）三厘米固態(tài)信號發(fā)生器1臺三厘米固態(tài)信號發(fā)生器由振蕩器、隔離器和主機組成，主機面板如圖2所示。體效應管裝在工作于TE101模的波導諧振
2、腔中，調(diào)節(jié)振蕩器的螺旋測微器，可改變調(diào)諧桿伸入波導腔的深度，從而連續(xù)平滑地改變微波諧振頻率。調(diào)節(jié)位于波導腔前面法蘭盤中心處的調(diào)配螺釘，可使波導腔與外電路實現(xiàn)最佳耦合。隔離器保證振蕩器與負載間的匹配與隔離，使微波輸出和功率更加穩(wěn)定。圖2三厘米固態(tài)信號發(fā)生器主要技術(shù)指標：頻率范圍：8.6~9.6GHz；頻率誤差：±5MHz；輸出功率：不小于20mW。（實驗中所使用的電磁波頻率為9.37GHz）2）電磁波綜合測試儀1套電磁波綜合測試儀如圖1所示圖1電磁波綜合測試儀（1）系統(tǒng)簡介：固定臂?；顒颖郏梢宰杂赊D(zhuǎn)動。轉(zhuǎn)臺，可以在水
3、平面內(nèi)轉(zhuǎn)動，轉(zhuǎn)動的角度可由邊緣的刻度讀出，左右各180度。固態(tài)信號源。衰減器，用于控制發(fā)射信號大小。發(fā)射天線，是角錐喇叭天線，可繞水平或垂直軸線轉(zhuǎn)動。接收天線，也是角錐喇叭天線，也可繞水平或垂直軸線轉(zhuǎn)動。振蕩器，是一個波導諧振腔，調(diào)整調(diào)節(jié)螺栓可使接收信號發(fā)生諧振，從而使接收信號增強。檢波器。指示器，是一個微安表頭，可以定量指示接收信號大小。（2）儀器的調(diào)整：調(diào)整底座上的三個螺栓，使轉(zhuǎn)臺平面水平，調(diào)整時可以使用水平儀。使收、發(fā)天線對正：旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺，使180度刻線與固定臂上的指針對正，使活動臂上的指針與0度刻線對正。通過目
4、測，使收、發(fā)天線對正，收、發(fā)天線的上沿都應水平。打開信號源，左右輕微轉(zhuǎn)動收、發(fā)天線，使接收信號最大；最后固定收、發(fā)天線，系統(tǒng)就調(diào)整好了。3）反射板（金屬板）2塊4）半透射板（玻璃板）1塊3.實驗原理1）自由空間電磁波參量的測量當兩束等幅、同頻率的均勻平面電磁波，在自由空間內(nèi)沿相同或相反方向傳播時，由于相位不同發(fā)生干涉現(xiàn)象，在傳播路徑上可形成駐波場分布。本實驗正是利用相干波原理，通過測定駐波場節(jié)點的分布，求得自由空間中電磁波波長值，再由K=2π/λv=λf=ω/K(1)得到電磁波的主要參數(shù)K和v等。電磁波參量測試原理如
5、圖3所示，PT和PR分別表示發(fā)射和接收喇叭天線，A和B分別表示固定和可移動的金屬反射板，C表示半透射板（有機玻璃板）。由PT發(fā)射平面電磁波，在平面波前進的方向上放置成45o角的半透射板，由于該板的作用，將入射波分成兩束波，一束向板A方向傳播，另一束向板B方向傳播。由于A和B為金屬全反射板，兩列波就再次返回到半透射板并達到接收喇叭天線PR處。于是PR收到兩束同頻率，振動方向一致的兩個波。如果這兩個波的相位差為的π偶數(shù)倍，則干涉加強；如果相位差為的π奇數(shù)倍，則干涉減弱。移動反射板B，當PR的表頭指示從一次極小變到又一次極
6、小時，則反射板B就移動了λ/2的距離，由這個距離就可以求得平面波的波長。圖3電磁波參量測試原理圖設入射波為垂直極化波Ei=E0e-j?當入射波以入射角θ1向介質(zhì)板C斜入射時，在分界面上產(chǎn)生反射波Er和折射波Et。設C板的反射系數(shù)為R，T0為由空氣進入介質(zhì)板的折射系數(shù)，Tc為由介質(zhì)板進入空氣的折射系數(shù)。固定板A和可移動板B都是金屬板，反射系數(shù)均為-1。在一次近似的條件下，接收喇叭天線PR處的相干波分別為Er1=-RT0TcE0e-j?1Er2=-RT0TcE0e-j?2這里?1=Kl1+l3=KL1?2=Kl2+l3=
7、Kl1+l3+ΔL=KL2其中，ΔL=L1-L2為B板移動距離，而Er1與Er2傳播的路程差為2ΔL。由于Er1與Er2的相位差為Δ?=?2-?1=2KΔL，因此，當2ΔL滿足2ΔL=nλ(n=0,1,2…)（2）Er1和Er2同相相加，接收指示為最大。當2ΔL滿足2ΔL=2n+1λ/2(n=0,1,2…)（3）Er1和Er2反相抵消，接收指示為最小。這里，n表示相干波合成駐波場的波節(jié)點數(shù)。沿一個方向改變反射板B的位置，使PR輸出重復出現(xiàn)最大指示，或重復出現(xiàn)零指示即可測出電磁波波長λ。為測準λ值，一般采用PR零指示方
8、法。圖4相干波Er1和Er2的分布相干波Er1和Er2的分布如圖4所示，圖中n=0的節(jié)點處ΔL0作為第一個波節(jié)點（參考點），對于n≠0的各值則有n=1，2ΔL1=32λ，對應第二個波節(jié)點，或第一個半波長數(shù)。n=2，2ΔL2=52λ，對應第三個波節(jié)點，或第二個半波長數(shù)?！璶=N，2ΔLN=(2N+1)2λ，對應第N+1個波節(jié)點，或第N個半波長數(shù)
