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1、中南大学信息科学与工程学院电磁场与电磁波实验报告学生学院 专业班级 学 号学生姓名 指导教师2014年5月20日实验一电磁波反射实验一、实验目的1. 掌握微波分光仪的基本使用方法；2. 了解3cm信号源的产生、传输及基本特性；3. 验证电磁波反射定律。二、预习内容电磁波的反射定律三、实验原理微波与其它波段的无线电波相比具有：波长极短，频率很高，振荡周期极短 的特点。微波传输具有似光特性，其传播为直线传播。电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射。本实验以一块大的金 属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射 定律，即：反射电磁波位于入射电磁波和通过入射点的法线所
2、决定的平面上，反射电磁波和入射电磁波分别位于法线两侧；反射角。r等于入射角n。原理 图如图1.1所示。反肘期恕示一靛E51图1.1反射实验原理图四、实验内容与步骤图1.2反射实验仪器的布置1. 调整微波分光仪的两喇叭口面使其互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭位置的指针分别指于工作平台的0-180刻度处。将支座放在工作 平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上四个压紧螺钉旋转 一个角度后放下，即可压紧支座。2. 将反射全属板放到支座上，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的90-90这对刻线一致，这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。将金属板与 发射、接收喇叭
3、锁定，以保证实验稳定可靠。3. 打开信号源开关，将三厘米固态信号源设置在：“电压”和“等幅”档。4. 调节可变衰减器，使得活动臂上微安表的读数为满量程的80%左右。5. 转动微波分光仪的小平台，使固定臂指针指在刻度为30度处，这个角度数就 是入射角度数，然后转动活动臂，使得表头指示最大，此时活动臂上指针所指的 刻度就是反射角度数，记下该角度读数。如果此时表头指示太大或太小，应调整 微波分光仪中的可变衰减器或晶体检波器，使表头指示接近满量程的80%做此项 实验。6. 然后分别将固定臂指针指在刻度为40度、45度、50度、60度、80度处， 重复上述操作，并记下相应的反射角读数以及最大电流读数。五
4、、实验数据记录及处理当f = 9.37GHz 时入射角8 i（度）304045506080反射角8 r（度）32.146.249.952.962.282.3最大电流（以A）70.077.270.972.172.277.7当f = 9.0GHz 时入射角8 1（度）304045506080反射角8 r（度）32.942.645.750.260.080.9最大电流（以A）63. 857.866. 470.081.268.1六、实验注意事项如果表头指示太大或太小，应调整微波分光仪微波系统中的可变衰减器，使 表头指示接近满量程的80%做此项实验。七、实验思考题周围环境哪些因素会影响到本次实验结果的精度
5、。答：外界环境的温度；手机、电脑信号的干扰；说话的声音等均会影响本次实 验结果的测量。八、实验感想实验前最主要的是理解实验原理，做好充足的准备，计算理论值或预测实 验效果，以便比较顺利的进行实验。安装实验器材时，虽然做不到完全精确，但 是应该尽可能的达到实验要求，不然实验误差会相当大。最后，小组成员间的合 作也很重要，对实验的进行有很大的帮助。实验二单缝衍射实验一、实验目的1. 了解微波分光仪的结构，学会调整它并能用它进行实验。2. 进一步认识电磁波的波动性，测量并验证单缝衍射现象的规律。二、预习内容电磁波的特性和衍射原理三、实验原理图2.1单缝衍射原理如图2.1,当一平面波入射到一宽度和波长
6、可比拟的狭缝时，就要发生衍射 的现象。在缝后面出现的衍射波强度并不是均匀的，中央最强，同时也最宽。在 中央的两侧衍射波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小， 九此时衍射角为巾=Sin-1 -，其中入是波长，1是狭缝宽度。两者取同一长度单位，a然后，随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为实验仪器布置如图2.2,仪器连接时，预先接需要调整单缝衍射板的缝宽， 当该板放到支座上时，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致， 此刻线应与工作平台上的90。刻度的一对线一致。转动小平台使固定臂的指针在 小平台的180处，此时小平台的0就是狭缝平面的法线方向。
7、这时调整信号 电平使表头指示接近满度。然后从衍射角0开始，在单缝的两侧使衍射角每改 变2读取 一次表头读数，并记录下来，这时就可画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线，并根据微波波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，并与实验 曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。此实验曲线的中央较平，甚至 还有稍许的凹陷，这可能是由于衍射板还不够大之故。图2.2单缝衍射仪器配置四、测量方法与步骤1. 打开DH1121B的电源；2. 将单缝衍射板的缝宽1调整为70mm左右，将其安放在刻度盘上，衍射板的边 线与刻度盘上两个90对齐；3. 调整发射天线使其和接收天线对正。转动刻度盘使其180的位置正对固定臂
8、（发射天线）的指针，转动可动臂（接收天线）使其指针指着刻度盘的0处，使发射天线喇叭与接收天线喇叭对正；4. 依次微调发射喇叭、衍射板、接收喇叭，使衍射强度分布的中央极大位于0；调节发射和接收衰减器，使中央极大值的信号电平处于80-90pA；在 500的范围内转动接收天线，观察衍射强度分布，认为分布合理后开始测量；5. 将微波分光仪的活动臂转到衍射角为一50。后开始读数，衍射角每改变2读取 一次微安表的读数并作好记录，一直读到衍射角为+ 50；6. 作出单缝衍射的相对强度与衍射角的关系曲线（以衍射角巾为横轴，电流值PI为纵轴），确定出极大和极小衍射角的实验值。五、实验数据记录及处理1.单缝衍射单
9、缝宽。=70mm，微波波长2 = 32mm ()-50-48-46-44-42-40-38-36-34-32-30-28-26I (以 A)1.25.29.96.081.91.02.02.132.51.81.61.92.0 ()-24-22-20-18-16-14-12-10-8-6-4-20I (以 A)3.18.822.435.946.246.058.280.192.589.098.592.592.0 ()024681012141618202224I (以 A)92.093.591.883.569.555.243.536.030.217.86.01.21.6 ()2628303234363
10、8404244464850I (以 A)1.81.61.92.22.81.91.01.95.15.71.21.01.02.由实验数据绘制I曲线00 O-5 3 2 1tMerruc3.从上面的曲线可以读出一级极小和一级极大值（度），并同理论值进行比较左右理论值测量值理论值测量值一级极小值-27.2-26.927.225.3一级极大值-43.29-45.443.2944.6六、实验注意事项1. 衰减器调整要适当，太小则观察不便，太大则可能使电流表指针满偏。2. 单缝衍射实验时每隔2记录一次。3. 为保证实验结果能与理论结果进行比较，开始测量前要反复调整仪器、观察 衍射强度分布，尽可能将中央极大值
11、的位置调整在0处。七、实验思考题周围环境哪些因素会影响到本次实验结果的精度。答： 周围环境的温度，手机以及电脑信号的干扰，说话时的声波干扰等。八、心得与体会有了第一次的实验为基础，本次实验相对来说，在操作上比较简单。实验 前需要计算出理论数据，明确I曲线的大致分布，以便检查实验结果的正确性。校准时，尽可能使仪器的固定臂和可动臂在同一条直线上；读数时，力求 做到直视表盘，以减小实验误差。对于差别较大的数据，可以反复实验取其平均 值，是实验数据更贴近。实验三自由空间中电磁波参量的测量一、实验目的1. 了解电磁波的空间传播特性；2. 通过对电磁波波长、波幅、波节的测量进一步认识和了解电磁波。二、预习
12、内容1. 电磁波的干涉原理2. 电磁波的反射和透射特性三、实验原理变化的电场和磁场在空间的传播称为电磁波，几列电磁波同时在同一媒质中传播时，几 列波可以保持各自的特点（波长、波幅、频率、传播方向等）同时通过媒质，在几列波相遇 或叠加的区域内，任一点的振动为各个波单独在该点产生的振动的合成。而当两个频率相同、 振动方向相同、相位差恒定的波源所发出的波叠加时，在空间总会有一些点的振动始终加强， 而另一些点的振动始终减弱或完全抵消，因而形成干涉现象。干涉是电磁波的一个重要特性，利用干涉原理可对电磁波传播特性进行很好的探索。利 用迈克尔逊干涉原理测量电磁波波长的原理图如图3.1所示。发射喇叭接收喇叭B
13、 （可移反射板）A （固定反射板）图3.1迈克尔逊干涉原理由发射喇叭发射出的电磁波，在空间传播过程中，可以把它近似看成为均匀平面波。在 平面波传播的方向上放置一块成45度角的半透明板，由于该板的作用，将入射波分成两列 波，一列经介质板反射后垂直入射到金属板A，被A板反射回来，再经介质板折射后到达 接收喇叭；另一列波经介质板折射后垂直入射到可动金属板B，被金属板B反射回来，也 到达接收喇叭。接收喇叭收到两束同频率，振动方向一致的两列波。两列到达接收喇叭的电 磁波若波程差满足一定的关系，那么这两列波将发生干涉。设到达接收喇叭的两列平面电磁波的振幅相同，只是由于波程不同而在相位上有所差别，其电场可以
14、表示为：E1 = E e 二河E = E e- j 伽-平） 2 m其中平=P z是因波程差而造成的相位差。E = E + E = E e-网(1 + ejP z) = 2 E cos 里 e -j (rat-)2瞒 P z 22E cos 时，合成波振幅最大(为2 E )；当其合成场强为:12 m所以，合成波的电场振幅为，当!= n兀, n = 0,1, 2, L合成波振幅最小（为0）。令=n+_,n = 0,1,2L 时实际上到达接收喇叭的两列波的振幅不可能完全相同，故合成波最大振幅不是正好为2Em，合成波振幅最小值也不是为0。根据以上分析，若固定金属板A，移动金属板B，只改变第二列波的波程，让两列波发 生干涉，当合成波振幅最大时，可得：2n兀 2n兀、z =r- = = nX1 P2兀X当合成波振幅最小时，可得：兀兀、2（ n 兀 +
