电磁场与电磁波”和“微波技术”课内实验大纲及实验指导书目 录1．“电磁场与电磁波”课内实验大纲2．“电磁场与电磁波”课内实验指导说明书实验一 电磁波参量的测定实验二 电磁波的极化3．“微波技术”课内实验大纲4．“微波技术”课内实验指导说明书实验一 传输线的工作状态及驻波比测量实验二 微波网络散射参量测试5．“电磁场与电磁波”和“微波技术”课内实验评分标准南 京 理 工 大 学实 验 教 学 大 纲一、本课程实验教学目的与要求：（约100～150汉字）作为课堂教学的必要补充和深化，特开设本课程课内实验通过本课程的实验教学，使学生能对自由空间电磁波的传播特性有一个感性认识，进一步理解和加深课堂教学内容要求学生了解各种极化形式电磁波的形成和特点，掌握电磁波频率（波长）和极化特性的测试方法二、实验项目与主要内容：序号实 验 项 目 名 称学时主 要 内 容实验类型12电磁波频率（波长）测试电磁波极化的测试22目的：了解电磁波的传播特性 内容： 测量电磁波自由空间波长和介质中的波长；确定相位常数和波速方法：干涉法要求：掌握测试原理目的：了解电磁波的极化特性内容：线极化波、圆极化波和椭圆极化的产生与测试。
方法：用电磁波综合测试仪测试要求：掌握实验原理验证综合三、实验说明：课程总学分 3 学分实验学时数 0.25 学分实验项目数 2个 课程性质通识基础□ 学科基础√ 专业选修□ 学科选修□ 集中实践环节□实验类别课程内实验√ 独立设课实验□ 集中综合实验□考核方式日常考核□ 操作技能考核□ 卷面考核□ 提交实验结果√ 面试□适用专业：通信工程，电子信息工程实验教材及参考书：（按编著者、教材名称、出版社*、出版年月顺序填写）蒋坤华. 电磁场实验指导书. 北京工业学院出版社,1988钟时顺，钮茂德. 电磁场理论基础. 西安电子科技大学出版社,1995 所属实验室意见： 实验室主任： 年 月所属课程意见：（对通识基础课、学科基础课适用） 课程负责人： 年 月所属专业意见：（对专业选修课、学科选修课、集中实践环节适用） 专业负责人： 年 月院（系）意见： 主管领导签章： 年 月*由学校出版、印刷的实验教材（或指导书），统一写作“南京理工大学出版”。
电磁场与电磁波”课内实验指导书唐万春 编写南京理工大学通信工程系二00六年十二月实验一 电磁波参量的测定实验1. 实验目的a) 观察电磁波的传播特性b) 通过测定自由空间中电磁波的波长l，来确定电磁波传播的相位常数k和传播速度vc) 了解用相干波的原理测量波长的方法2. 实验内容a) 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b) 测量信号源的工作波长（或频率）3. 实验原理与说明a) 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，由喇叭天线辐射出去，在接收端用矩形喇叭天线接收，接收到的信号经晶体检波器后通过微安表指示b) 原理本实验利用相干波原理，通过测得的电磁波的波长l，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Dl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l和相位常数k有关表达式可推导如下式中 为了测准波长l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，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l、k、v等值可见测试波长l所用公式得出的是平均值从理论上讲，n值越大，测出的l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4. 实验步骤a) 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b) 测量电磁波的波长首先调整好电磁波综合测试仪，使其能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c) 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 5. 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:a) 不要用眼睛往任何连接其他设备的开路传输线里面看;b) 不要把身体的任何部位放在传输线的开口端;c) 在拆/装微波元器件时，请关掉微波信号源7. 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1． 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2． 实验内容a) 圆极化波的调整与测试b) 线极化波的调整与测试c) 椭圆极化波的调整与测试3． 实验原理a) 所使用的实验仪器固态信号源频率计衰减器矩形喇叭圆形喇叭检波器微安表实验系统框图如图1所示图1 实验系统框图电磁波综合测试仪中辐射喇叭（3cm波段）支路由固态信号源、频率计(或波长计)、衰减器及圆形喇叭等组成固态信号源的工作频率f=9370MHz左右，接收喇叭支路由矩形喇叭、检波器、微安表等组成b) 原理电磁波极化是指电磁波在无限大均匀媒质中传播时，空间某点上电场强度矢量E的末端随时间变化的轨迹当电场矢量末端总在一直线上周期地变化时，称为线极化波；当电场矢量末端轨迹是圆或椭圆时，即电场矢量末端总在圆或椭圆上周期地变化时，称为圆极化波或椭圆极化波。
无论是线极化波，左、右旋圆极化波，左、右旋椭圆极化波，都可由两个同频率且场矢量相互正交的线极化波组合而成本实验利用方圆波导转换，介质圆波导和圆锥喇叭连接而成的电磁波极化天线，分别研究波的极化——线极化波、圆极化波和椭圆极化波的特性图2 圆极化波辐射装置图2所示为圆极化波辐射装置，其中介质圆波导可做3600旋转，并有刻度指示转动的角度当TE10波经方圆波导转换到圆波导口面时则过渡为TE11波，并在介质圆波导内分成两个分量的波，即垂直界面片平面的一个分量和平行介质面的一个分量实验装置设计为9370MHz左右使两个分量的波相位差900，适当调整介质圆波导（亦可转动介质片）的角度使两个分量的幅度相等时则可得到圆极化波当方圆波导使TE10的EY波过渡到TE11成为RP波后，在装有介质片的圆波导段内分成Et和En两个分量的波，因Et和En的速度不同，，当介质片的长度L取得合适时，使En波的相位超前Et波的相位900，这就实现了圆极化波相位条件的要求；为使Et和En的幅度相等，可使介质片的方向跟Y轴之间夹角为，若介质片的损耗略去不计，则有，实现了圆极化波幅度条件的要求（有时需稍偏离450以实现幅度相位的要求）。
为了确定圆极化波右旋、左旋的特性，把转到方向符合右手螺旋规则的波，定为右旋圆极化波；把转到方向符合左手螺旋规则的波，定为左旋圆极化波波极化天线除作为圆极化波工作外，也可作线极化波，椭圆极化波工作使用当作线极化波工作时，介质片与Y轴相垂直（或平行）当作椭圆极化波工作时，介质片与Y夹角可在a=0-450之间4. 实验步骤 a) 圆极化波的调整与测试根据圆极化波的条件，两个同频率的正交场相干波必须幅度相等，相位差为此将反射板和介质板拿掉，把辐射喇叭换成圆喇叭，转动圆喇叭使介质片的方向跟Y轴之间夹角为450左右，然后固定圆喇叭，再把接收喇叭调整到与圆喇叭成一直线转动接收喇叭，每隔100测量一。