哈工大電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告要點(diǎn)

1、哈工大電磁場(chǎng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告電磁波波動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)研究1 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康臒o(wú)線電的使用頻率在不斷提高，微波（超高頻），由于它的波長(zhǎng)短、頻率高、方向性 強(qiáng)，所以廣泛的應(yīng)用在雷達(dá)、遙控、電視、射電天文學(xué)、接力通訊和衛(wèi)星通訊等方面。微波通常指分米波、毫米波的電磁波，它的頻率極高，一般在 300300000兆赫，所以 有關(guān)微波的產(chǎn)生、放大、發(fā)射、接收、測(cè)量、傳輸?shù)群鸵话愕臒o(wú)線電波不盡相同。在微波技 術(shù)中，需要微波電子管、晶體管、波導(dǎo)、同軸線和一些諸如衰減器，諧振腔等特殊元件。從電磁波的本質(zhì)來(lái)說(shuō)，微波也具有波動(dòng)的共同特點(diǎn)，如反射、折射、衍射、干涉、偏振等。我們根據(jù)它們的這種共同的通性，以及微波波長(zhǎng)接近光波波長(zhǎng)的特點(diǎn)，模

2、仿光學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，來(lái)做電磁波波動(dòng)特性的實(shí)驗(yàn)。我們的實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖?，以微波作波源，用模擬光學(xué)實(shí)驗(yàn)的方法，來(lái)研究電磁波所具有的 傳遞能量和波動(dòng)的特性。2 .微波實(shí)驗(yàn)主要儀器簡(jiǎn)介1）三厘米固態(tài)信號(hào)源三厘米固態(tài)信號(hào)源結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、重量輕、輸出功率大、性能穩(wěn)定、攜帶使用方便。主要技術(shù)指標(biāo)：工作頻率范圍：9370 ± 50MHz在工作頻率范圍內(nèi)，輸出功率 >20mW工作模式：等幅波、方波輸入電源：220V_10%3 ）微波分度計(jì)其總體結(jié)構(gòu)如圖1-1所示，可分為三個(gè)部分。1、發(fā)射部分它是由固定臂及臂上的發(fā)射喇叭和可變衰減器組成，其微波信號(hào)是由三厘米固態(tài)信號(hào)發(fā)生器經(jīng)同軸電纜饋電送至發(fā)射天線。2

3、、接收部分它由可繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)的懸臂和臂上端的接收喇叭，檢波器組成。3、在兩喇叭之間的中心軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)的圓形小平臺(tái)，平臺(tái)被均分為 360等分。（一）電磁波的反射實(shí)驗(yàn)1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜魏尾▌?dòng)現(xiàn)象（無(wú)論是機(jī)械波、光波、無(wú)線電波），在波前進(jìn)的過(guò)程中如遇到障礙物,波就要發(fā)生反射。本實(shí)驗(yàn)就是要研究微波在金屬平板上發(fā)生反射時(shí)所遵守的波的反射定律。2、實(shí)驗(yàn)原理電磁波從某一入射角i射到兩種不同介質(zhì)的分界面上時(shí)，其反射波總是按照反射角等于 入射角的規(guī)律反射回來(lái)。如圖（1-2）所示，微波由發(fā)射喇叭發(fā)出，以入射角i設(shè)到金屬板 MM '，在反射方向的位置上，置一接U喇叭B,只有當(dāng)B處在反射角i '約等于入射角

4、i時(shí)，接收到的微波功率最大， 這就證明了反射定律的正確性。A圖1-23、實(shí)驗(yàn)儀器本實(shí)驗(yàn)儀器包括三厘米固態(tài)信號(hào)發(fā)生器，微波分度計(jì)，反射金屬鋁制平板，微安表頭。4 、 實(shí)驗(yàn)步驟1）將發(fā)射喇叭的衰減器沿順時(shí)針?lè)较蛐D(zhuǎn)，使它處于最大衰減位置；2）打開(kāi)信號(hào)源的開(kāi)關(guān)，工作狀態(tài)置于“等幅”旋轉(zhuǎn)衰減器看微安表是否有顯示，若有顯示，則有微波發(fā)射；3）將金屬反射板置于分度計(jì)的水平臺(tái)上，開(kāi)始它的平面是與兩喇叭的平面平行。4）旋轉(zhuǎn)分度計(jì)上的小平臺(tái)，使金屬反射板的法線方向與發(fā)射喇叭成任意角度i ,然后將接收喇叭轉(zhuǎn)到反射角等于入射角的位置，緩慢的調(diào)節(jié)衰減器，使微安表顯示有足夠大的示數(shù)（50 MA）。5）熟悉入射角與反射角

5、的讀取方法，然后分別以入射角等于30、40、50、60、70度，測(cè)得相應(yīng)的反射角的大小。6）在反射板的另一側(cè)，測(cè)出相應(yīng)的反射角。5 .數(shù)據(jù)的記錄預(yù)處理記下相應(yīng)的反射角，并取平均值，平均值為最后的結(jié)果。入射角外20030040 050060070 0邛左19°293。36。49.5°59°68°邛右右20.5°33°43°52°62°70.5°華的平均值19.8°31.3°39.5°50.8°60.5°69.3°6.1可題討論為什么要在反

6、射板的左右兩側(cè)進(jìn)行測(cè)量然后用其相應(yīng)的反射角來(lái)求平均值。答：由于實(shí)驗(yàn)儀器存在回程差，故分別向左和向右測(cè)量以抵消回程差的影響，使測(cè)量結(jié)果更為精確。（2） 電磁波的偏振實(shí)驗(yàn)1 .實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)研究來(lái)進(jìn)一步熟悉電磁波的偏振特性2 .實(shí)驗(yàn)原理喇叭天線的增益大約是 20分貝，當(dāng)發(fā)射喇叭口面的寬邊與水平面平行時(shí)，發(fā)射信號(hào)電矢量 的偏振方向是垂直水平面的直線偏振波，假設(shè)該直線偏振波在接收喇叭處強(qiáng)度為2I = I。cos2 a其中a是I與Io之間的夾角，這就是光學(xué)中關(guān)于光強(qiáng)分布的馬呂斯定律。 本實(shí)驗(yàn)所用接收喇叭是和一段旋轉(zhuǎn)短波導(dǎo)連在一起的，從而可在旋轉(zhuǎn)波導(dǎo)的軸承環(huán)的900范圍內(nèi)旋轉(zhuǎn)，當(dāng)接收喇叭與發(fā)射喇叭之間的

7、夾角為a ,則接收的信號(hào)強(qiáng)度是 2I =Io cos2c（。因此，轉(zhuǎn)動(dòng)接收喇叭，就可得到轉(zhuǎn)角與微安表的一組數(shù)據(jù)，并可與馬呂斯 定律相比較。3 .實(shí)驗(yàn)步驟1）首先把發(fā)射喇叭和接收喇叭調(diào)到一條直線上，旋轉(zhuǎn)平臺(tái)上的定位銷，使懸臂固定，此時(shí)，使波導(dǎo)的指示在零度處。2）調(diào)節(jié)衰減器，使微安表的指示足夠大（60 NA ）作為I o （ I 0 =74 % ）。3）然后旋轉(zhuǎn)接收喇叭，00 900每隔100記下相應(yīng)的電流強(qiáng)度。4）然后從900 00每隔100記下相應(yīng)的電流強(qiáng)度。5）數(shù)據(jù)的記錄與處理項(xiàng)目、.、0010020 030040050060070080090017450423020125210280766

8、85238209310I的平均值77635541291672.5102I = 10 cos a74.072.969.564.156.747.637.025.312.80（3） 電磁波的衍射實(shí)驗(yàn)1 .微波單縫衍射實(shí)驗(yàn)1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜る姶挪ň哂胁ǖ睦@射通性，測(cè)試微波的衍射強(qiáng)度隨衍射角的變化規(guī)律。2 ） 實(shí)驗(yàn)原理微波的衍射原理與光波完全相同，當(dāng)一束平面波入射到一寬度和波長(zhǎng)可以比擬的狹縫時(shí)，它就要發(fā)生衍射現(xiàn)象。設(shè)電磁波波長(zhǎng)為九，如圖（1-3）所示，平面電磁波垂直入射到寬度為豆的夾縫上，當(dāng)衍射角符合如下條件時(shí)在狹縫后面出現(xiàn)衍射波的強(qiáng)度極小。a sin = k (A)a sin = (2k 1)-(B)（

9、k =1、2、3 ）時(shí)，則在縫后面出現(xiàn)衍射波的強(qiáng)度極大。介于上述兩條件之間的衍射波,小值與極大值之間變化，其相對(duì)衍射強(qiáng)度與衍射角之間的變化規(guī)律如圖（衍射波的強(qiáng)度在極1-4）所示（縱坐標(biāo)為相對(duì)衍射強(qiáng)度I ,橫坐標(biāo)為衍射角中）圖1-44）實(shí)驗(yàn)步驟1 .首先將發(fā)射喇叭與接收喇叭的中心和分度計(jì)上小平臺(tái)的中心三者調(diào)到同一個(gè)垂直平面 內(nèi)，并且保證發(fā)射喇叭和接收喇叭處于等高。3.4.5.2 .將鋁制板縫的寬度調(diào)為 7厘米，然后使狹縫平面與兩喇叭的連線成正交方向固定在分度 計(jì)的小平臺(tái)上 調(diào)節(jié)衰減器使微安表的顯示足夠大。從衍射角為零度開(kāi)始在單縫的兩側(cè)，衍射角每改變1度去讀取一次示數(shù)，并添入數(shù)據(jù)表。根據(jù)公式（A）

10、和（B）,并由已給微波波長(zhǎng) 3.2厘米，縫寬7.0厘米，計(jì)算出一級(jí)極小和一級(jí)極大的衍射角。級(jí)理論值衍射角測(cè)量值絕對(duì)誤差邛=<P用相對(duì)誤差 %一級(jí)極小 二級(jí)極小平，27.2°28.5°28.0°1.05°3.9%三級(jí)極小(p *66.0°61.5°64.2°3.15°4.8%(p-無(wú)一級(jí)極大 二級(jí)極大中'43.3°43.0°42.5°0.55°1.3%三級(jí)極大(p “無(wú)甲無(wú)（四）用微波的布拉格衍射實(shí)驗(yàn)測(cè)定模擬晶體的晶格常數(shù)1）實(shí)驗(yàn)?zāi)康姆抡誜射線入射真實(shí)晶體發(fā)生衍射

11、的基本原理，我們用制作的放大的晶體模型代替真實(shí)晶體，以微波代替X射線。讓微波向模擬晶體入射， 觀察波在“晶體”的不同晶面上反射時(shí)， 其反射波產(chǎn)生干涉所符合的條件與微波的波長(zhǎng)，“晶體”的晶格常數(shù)以及掠射角之間的關(guān)系。2） 實(shí)驗(yàn)原理如圖（1-5）所示，設(shè)原子之間的距離為d ,當(dāng)一束微波以 日角掠射到100晶面，一部分微波將為表面層的“原子”所散射，其余部分的微波將為“晶體”內(nèi)部的各“晶面”上的 原子所散射。各層晶面上“原子”散射的本質(zhì)是因“原子”在微波電磁場(chǎng)的作用下，做與微 波同頻率的受迫振動(dòng)，然后向周圍發(fā)出微波，按反射定律的方向反射的微波強(qiáng)度最大。由圖（1-5）可知，波束1和波束2,是分別由表面

12、層和第二層所反射，其波程差為AC CB =2Dsini顯然，當(dāng)符合下列條件時(shí)2dsin日= K，u K=1, 2, 3反射的微波是干涉加強(qiáng)。上式就是晶體衍射的布拉格公式。本實(shí)驗(yàn)使用的微波波長(zhǎng) 九=3.2厘米；晶格常數(shù)d =4.00厘米。110圖1-53）實(shí)驗(yàn)步驟1、首先將發(fā)射喇叭和接收喇叭置于等高度，然后調(diào)在同一垂直面內(nèi)。2、用以給的i和d用公式計(jì)算出k =1,2是對(duì)應(yīng)的掠射角。3、將“晶體”放在轉(zhuǎn)動(dòng)的小平臺(tái)上，掠射角從零度測(cè)起，每改變2度測(cè)一讀數(shù)，然后記下電流表的數(shù)值，以電流表的值 I為縱坐標(biāo)，以掠射角 9為橫坐標(biāo)，做出I -e的關(guān)系曲線。掠射角0030323436384042444648I

13、 / NA3440825402894掠射角6050525456586062646668I / %8854422028掠射角9070I / 4A6I -9的關(guān)系曲線如下所示。020406030I/uA（五）麥克爾遜實(shí)驗(yàn)（用介質(zhì)測(cè)波長(zhǎng)）麥克爾遜實(shí)驗(yàn)基本原理如圖1-6所示，在電磁波前進(jìn)的方向放置45度半透射板，由于板的作用，將入射波分成兩束；一束向 A方向傳播，一束向 B方向傳播，由于 A、B兩處反 射作用，兩束波就再次發(fā)射到半透明板，并到達(dá)接收喇叭，由于接收喇叭接受兩束波同頻率， 振動(dòng)方向一致的兩個(gè)波。如果兩個(gè)波相差為2n的整數(shù)倍時(shí)，則干涉加強(qiáng)，當(dāng)相位差為 n的奇數(shù)倍時(shí)，則干涉減弱。因此移動(dòng)B處的

14、反射板，當(dāng)表頭指示從一個(gè)極小值變到另一個(gè)極小 值時(shí)，則B處反射板移動(dòng) %波長(zhǎng)的距離。實(shí)驗(yàn)時(shí)通過(guò)移動(dòng)讀數(shù)機(jī)的一端，使表頭出現(xiàn)N +1個(gè)極小值（極大值），并同時(shí)記下讀數(shù)機(jī)移動(dòng)的相應(yīng)位移數(shù)， 從而求得反射板的移動(dòng)距離 L,則波長(zhǎng)為九=2L/N, NA零指示數(shù)N相當(dāng)于九/2的波長(zhǎng)數(shù)。以零指示數(shù)（n十1）4= (3 + 1)n=3可移動(dòng)板指示位置12.00,28.72,45.29,60.68可移動(dòng)板位移L=（n-1）L=60.68-12.00=48.68 2L測(cè)得=' 3.25cm實(shí)驗(yàn)三雙縫干涉1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)觀察并測(cè)量雙縫干涉的現(xiàn)象及特性。2、實(shí)驗(yàn)原理如圖3所示，在一塊金屬板上相隔b有兩個(gè)

15、寬度同為a的縫隙，當(dāng)電磁波垂直入射到該金屬板上時(shí)，在兩個(gè)縫上均產(chǎn)生感應(yīng)磁流，這兩個(gè)縫隙可以看成為兩個(gè)天線，金屬板背面的場(chǎng)是這兩個(gè)縫隙輻射場(chǎng)的疊加(干涉的結(jié)果)。當(dāng)b的值較大時(shí)，即忽略兩個(gè)縫隙之間的相互影響，則金屬背面的場(chǎng)為E E E其中Ei和8分別為兩個(gè)縫隙輻射的場(chǎng)，因?yàn)榻饘侔迮c入射線垂直，則兩個(gè)縫 隙上的感應(yīng)磁流相同，即E = e-jkri.Ee-jkr2=日"。-e_jk匕9b)sinE-jkri1 .一人ri -aab)sin |= 2jEe丑e.T4a b)sin引2sink(a b)sim I則總場(chǎng)的幅度為E =2E1 sink (a b)sin-.l因此當(dāng)sink (a

16、b)sinu / 2 = 1k (a + b)sin6 / 2 = (2n+1)兀 / 2 ,=sin2n 1 IL 2 a b時(shí)，總場(chǎng)(干涉場(chǎng))出現(xiàn)加強(qiáng))當(dāng)sin k ( a b)sin 1/ 2 = 0即k (a b )sim / 2 = n ：=sin,na b時(shí)，總場(chǎng)(干涉場(chǎng))出現(xiàn)減弱。3、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建(1)發(fā)射、接收喇叭安裝同實(shí)驗(yàn)一，取工作波長(zhǎng) 3 3 32mm ;(2)調(diào)節(jié)雙縫鋁板，使縫的寬度為a = 40mm , b =130mm ;(3)將雙縫板安裝到支座上，使鋁板平面與小圓盤上的某一對(duì)刻度線一致，此刻度線應(yīng)與工作臺(tái)上的900刻度的一對(duì)線一致；(4)轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)使固定臂的指針指向

17、小平臺(tái)的1800處，此時(shí)小平臺(tái)的00就是 縫隙平面的法線方向；4、實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照信號(hào)源操作規(guī)程接通電源;(2)調(diào)節(jié)衰減器使微安表的讀數(shù)指到合適位置(80 1A);(3)從衍射角00開(kāi)始，每改變10讀取一次表頭讀數(shù)，并記錄下來(lái)。做完實(shí)驗(yàn)后關(guān)閉電源，將衰減器的衰減調(diào)至最大。(1)整理數(shù)據(jù)，繪出曲線雙縫干涉角度/°02468I/ uA70382830角度/°1012141618I/ uA3681210角度/°2022242628I/ uA2016161525角度/°3032343638I/ uA163114角度/°4042444648I/ uA2

18、8382043角度/°5052545658I/ uA33242角度/°6062646668I/ uA44222角度/°70I/ uA2(2)標(biāo)注一級(jí)極小，一級(jí)極大的角度。由圖像可知，一級(jí)極小的角度為 4。，一級(jí)極大的角度為10。(3)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象的分析和討論。從表中可以讀出一級(jí)極小的角度約為4° , 一級(jí)級(jí)大的角度約為10°。理論上 由公式推導(dǎo)出一級(jí)極小的角度為5.4。，以及極大的角度約為10.8° ,實(shí)驗(yàn)結(jié) 果與理論值較符合。雙縫干涉實(shí)驗(yàn)中，發(fā)射喇叭發(fā)射的能量經(jīng)過(guò)雙縫后，在空 間形成了干涉現(xiàn)象，隨著衍射角的變化，接收喇叭可以接收到各個(gè)

19、方向的能量， 通過(guò)能量的大小變化，就可以粗略獲知雙縫干涉圖樣，通過(guò)左右兩個(gè)方向的旋 轉(zhuǎn)觀察，也減小了單側(cè)觀察可能出現(xiàn)的誤差， 消除了離軸誤差，實(shí)驗(yàn)結(jié)果具體 情況可見(jiàn)上圖，結(jié)果顯示，極小與極大角度實(shí)測(cè)值與理論值較符合。實(shí)驗(yàn)六偏振（極化）（二）1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)掌握利用極化柵產(chǎn)生圓極化的方法，掌握?qǐng)A極化的特性及檢測(cè)技術(shù)。2、實(shí)驗(yàn)原理如圖10所示，將發(fā)射喇叭旋轉(zhuǎn) 450,則發(fā)射喇叭輻射的電磁波可以分解為水平極化和垂直極化波。由實(shí)驗(yàn)四已知，從發(fā)射喇叭發(fā)出的電磁波被介質(zhì)板 （此實(shí) 驗(yàn)為玻璃板）分成兩束波，一束為反射波，這部分波到達(dá)柵板 1,柵板1只能將電 場(chǎng)與金屬絲平行的電磁波反射，而電場(chǎng)與金屬絲垂直

20、的電磁波則順利穿過(guò)極化 柵 板，被后面的吸波材料吸收，被柵板1反射回來(lái)的電磁波，部分透過(guò)介質(zhì)板到 達(dá)接 收喇叭，這部分電磁波為垂直極化波；同理，另一束從發(fā)射喇叭發(fā)出的電磁 波， 透過(guò)介質(zhì)板直接傳輸?shù)綎虐?2,電場(chǎng)與柵板2金屬絲平行的部分被反射，垂直的 部分透過(guò)金屬柵被其后面的吸波材料吸收， 反射回來(lái)的電磁波，部分被介質(zhì)板反 射到達(dá)接收喇叭，這部分電磁波為水平極化波，這樣接收喇叭接收到的電磁 波分 別為柵板1和柵板2反射的電磁波，它們的極化方向相互垂直，幅度相同， 再前 后移動(dòng)?xùn)虐?或柵板1,可以使它們的相位差達(dá)到 90度，形成圓極化。圖10圓極化波的產(chǎn)生及檢測(cè)3、實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)構(gòu)建（1）安裝喇叭天線

21、，使發(fā)射喇叭（固定臂）和接收喇叭（旋轉(zhuǎn)臂）之間互成 90°,兩個(gè)喇叭極化方向一致；（2）安裝極化柵板，一個(gè)極化柵板（如板 1）為固定安裝，另一個(gè)則安裝于5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告讀數(shù)器上，讀數(shù)器安裝于分光儀的指定位置，使極化柵板面與兩個(gè)喇叭的軸線 分 別垂直，兩個(gè)極化柵板的金屬絲方向互相垂直；(3)安裝介質(zhì)板，使介質(zhì)板與兩個(gè)喇叭的軸線互成450圖11圓極化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)4、實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照信號(hào)源操作規(guī)程接通電源；(2)調(diào)節(jié)衰減器的衰減量，使微安表的讀數(shù)合適(如 80微安)；(3)旋轉(zhuǎn)發(fā)射喇叭的極化方向?yàn)?45°(4)在0 0到900之間旋轉(zhuǎn)接收喇叭，將出現(xiàn)在任意角度下E &EE (或

22、E/ ),這時(shí)改變金屬柵 2的位置，使得 Ea = E_l = E/ ,這樣就實(shí)現(xiàn)了兩個(gè)波的相位差 為士，得到圓極化波；(5)由于測(cè)試條件的限制，E”和£,、E/不能完全相等，當(dāng)接收喇叭在03600旋轉(zhuǎn)時(shí)，總會(huì)出現(xiàn)檢波電壓波動(dòng)；但當(dāng) Emin / EmaxS «'| min/ I ma/ 0.9時(shí)，即橢圓度為0.93時(shí)，可以認(rèn)為基本實(shí)現(xiàn)了圓極化波；(6)旋轉(zhuǎn)接收喇叭記下不同角度的檢波電流，求出圓極化波的橢圓度；(7)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將衰減器調(diào)節(jié)至衰減最大，關(guān)閉電源。(1)整理數(shù)據(jù)，繪出曲線;角度0°10°20°30°40°

23、50°60°70°80°90°電流/ 3152565860566054525854(3)對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象及現(xiàn)象的分析和討論，得出結(jié)論。在本次實(shí)驗(yàn)中，當(dāng)接收喇叭旋轉(zhuǎn)時(shí)，檢波電流基本保持不變。發(fā)射喇叭儀器存 在系統(tǒng)誤差，得不到絕對(duì)的水平極化和垂直極化波；柵板也不是絕對(duì)的平面， 也影響入射角和反射角的大?。浑娏鞅淼葍x器靈敏度不高均影響檢波電流的測(cè) 量，在實(shí)驗(yàn)條件允許的條件下，本實(shí)驗(yàn)基本獲得了圓極化波。因此，可以得到 結(jié)論：同頻率正交場(chǎng)的兩個(gè)線極化波相位差為 90°,幅度相等時(shí)，合成場(chǎng)波為圓極 化波。實(shí)驗(yàn)七、左旋/右旋圓極化波1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)觀

24、察測(cè)試左旋/右旋圓極化電磁波的特性，掌握利用介質(zhì)片及圓波 導(dǎo)產(chǎn)生圓極化波的方法。2、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)主要使用 DH30002型電磁波極化天線(如圖12)和DH926B型微 波分光儀圖13 DH30002型電磁波圓極化天線的工作原理電磁波極化天線 DH30002是由方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換、介質(zhì)圓波導(dǎo)和圓錐喇叭組成。介質(zhì)圓波導(dǎo)可作360 o旋轉(zhuǎn)，并有刻度指示給出轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，當(dāng)矩形波導(dǎo)中的TE10波經(jīng)方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換到圓波導(dǎo)口面時(shí)，就過(guò)渡為圓波導(dǎo)的TEii波，并可在介質(zhì)圓 波導(dǎo)內(nèi)分成兩個(gè)分量的波，即電場(chǎng)垂直于介質(zhì)片平面的波和電場(chǎng)平行于介質(zhì)面的波。本系統(tǒng)設(shè)計(jì)為頻率在 9370MHZ即32mm）左右，使兩個(gè)分量的波相位

25、差 90°,適當(dāng)調(diào)整介質(zhì)圓波導(dǎo)（亦可轉(zhuǎn)動(dòng)介質(zhì)片）的角度 使兩個(gè)分量的幅度相等時(shí)則可得到圓極化波。當(dāng)圓極化波輻射裝置方變圓波導(dǎo) （如圖13）使TE10的Ey波過(guò)渡到TE11成為E波后，在 裝有介質(zhì)片的圓波導(dǎo)段內(nèi)分成 Et和5兩個(gè)分量的波，Et和5的傳 播速度不同，即M MV =Vc/當(dāng)介質(zhì)片的長(zhǎng)度 L合適時(shí)，使En波的相位 超前t E波的相位90。，這就實(shí)現(xiàn) 了圓極化波相位條件的要求；為使 n E與t E的幅度相等，可使介質(zhì)片的 n?方向跟語(yǔ)由之間 夾角為4 45?,若介質(zhì)片的損耗略去不計(jì)，則有Emax EminJ2 Erm實(shí)現(xiàn)了圓極化波幅度相等條件的要求（實(shí)際 上有時(shí)需稍偏離45科實(shí)

26、現(xiàn)幅度相位的要求）。圓極化波是右旋還是左旋特性的確定：電場(chǎng)旋轉(zhuǎn)方向和波的傳播方向符合 右手螺旋規(guī)則的波， 定為右旋圓極化波， 反之定為左旋圓極化波。本組件中介質(zhì)片長(zhǎng)度 L已定在適合于9370MHz50MHz的帶寬范圍內(nèi)工作，其橢圓度0.93。圓極化天線除作為圓極化波工作外，也可作線極化波、橢圓極化波工作使用。作為線極化波工作時(shí)，介質(zhì) 片n 與y軸相垂直（或平行）。作為橢圓極化波 工作時(shí)，介質(zhì)片n 與y軸夾角可在 a =045之間。3、系統(tǒng)構(gòu)建將發(fā)射端喇叭換成 DH30002型電磁波極化天線，即如圖 12所示的圓錐 喇 叭，并使圓錐喇叭連接方式同原矩形發(fā)射喇叭連接(圓錐喇叭的方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換仍連接微

27、波分光儀的衰減器和 DH1121B型三厘米固態(tài)信號(hào)源的振蕩器)；DH926B型微波分光儀的接收喇叭(矩形喇叭)口面應(yīng)與 DH30002型 電磁 波極化天線(圓錐喇叭)口面互相對(duì)正，它們各自的軸線應(yīng)在一條直線上，指示兩喇叭位置的指針?lè)謩e指于工作平臺(tái)的90?？潭然? -180°刻度處。4、實(shí)驗(yàn)步驟(1)按照信號(hào)源操作規(guī)程接通電源；(2)調(diào)節(jié)信號(hào)源的頻率到 9370MHz 士 50MHz范圍(注：一般已調(diào)好)； 旋轉(zhuǎn)發(fā)射喇叭的極化方向?yàn)?，其?nèi)部介質(zhì)片也隨之旋轉(zhuǎn)，內(nèi)部介質(zhì)片應(yīng)與矩形波導(dǎo)的寬邊成450,理論上實(shí)現(xiàn)了圓極化波幅度相等條件的要求；由于測(cè)試條件的限制，當(dāng)接收喇叭在0。36(f旋轉(zhuǎn)時(shí)，

28、總會(huì)出現(xiàn)檢波電流波動(dòng)；但當(dāng)E min / Emax如'l min / I max之0.93時(shí)，即橢圓度為 0.93時(shí)，可以認(rèn) 為基本實(shí)現(xiàn)了圓極化波；(5)旋轉(zhuǎn)接收喇叭記下不同角度的檢波電流，求出圓極化波的橢圓度。(6)實(shí)驗(yàn)結(jié)束，將衰減器調(diào)節(jié)至衰減最大，關(guān)閉電源。5、實(shí)驗(yàn)報(bào)告(1)整理數(shù)據(jù)，繪出曲線電流/uA302010 0 H111r11111CT 10" 如口40”50060070°8O090D(2)分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并對(duì)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象分析和討論，得出結(jié)論。實(shí)驗(yàn)中從轉(zhuǎn)盤中央向一側(cè)轉(zhuǎn)動(dòng)接受裝置時(shí)， 發(fā)現(xiàn)微電流計(jì)的示數(shù)發(fā)生波動(dòng)。 由于連接接收裝置的微電流計(jì)測(cè)得的電流與接收裝置接

29、收到的電磁波的能量成 正相關(guān)，因此從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出大致結(jié)論：波長(zhǎng)為3.2厘米的微波通過(guò)與豎直方向成45度角的圓極化波輻射裝置后成為圓極化波，在某兩個(gè)角度可以接收到 該圓極化波能量的最大值和最小值(54uA/48uA),求得該圓極化波的橢圓度約 為0.94,符合圓極化波的要求，說(shuō)明產(chǎn)生圓極化波的輻射裝置角度調(diào)節(jié)較為適 當(dāng)。實(shí)驗(yàn)八、圓極化波的反射/折射1、實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證圓極化波的接收性能。2、實(shí)驗(yàn)原理如圖14所示，如果發(fā)射圓極化天線發(fā)射的電磁波為右旋圓極化波，該波經(jīng) 過(guò) 介質(zhì)板(此實(shí)驗(yàn)為玻璃板，電磁波傳播方向成450夾角),一部分反射，另一部 分透過(guò)介質(zhì)板繼續(xù)向前傳播(極化方向不變)仍為右旋圓極化波。輻射的 右旋圓極化波必須用右旋圓極化天線接收。若用左旋圓極化波天線接收時(shí)，理 論上接收 信號(hào)為零。反之