北郵_電磁場(chǎng)電磁波實(shí)驗(yàn)報(bào)告合集版

1、北京郵電大學(xué)電磁場(chǎng)與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：電子工程學(xué)院班級(jí)：組員： 實(shí)驗(yàn)一 微波測(cè)量系統(tǒng)的使用和信號(hào)源波長(zhǎng)功率的測(cè)量一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）學(xué)習(xí)微波的基本知識(shí)；（2）了解微波在波導(dǎo)中傳播的特點(diǎn)，掌握微波基本測(cè)量技術(shù)；（3）學(xué)習(xí)用微波作為觀測(cè)手段來(lái)研究物理現(xiàn)象。二、 實(shí)驗(yàn)原理：本實(shí)驗(yàn)接觸到的基本儀器室駐波測(cè)量線系統(tǒng)，用于駐波中電磁場(chǎng)分布情況的測(cè)量。該系統(tǒng)由以下九個(gè)部分組成：1.波導(dǎo)測(cè)量線裝置2.晶體檢波器微波測(cè)量中，為指示波導(dǎo)（或同軸線）中電磁場(chǎng)強(qiáng)度的大小，是將它經(jīng)過(guò)晶體二極管檢波變成低頻信號(hào)或直流電流，用直流電流表的電流I來(lái)讀數(shù)的。3.波導(dǎo)管本實(shí)驗(yàn)所使用的波導(dǎo)管型號(hào)為BJ-100。4.隔離器位于

2、磁場(chǎng)中的某些鐵氧化體材料對(duì)于來(lái)自不同方向的電磁波有著不同吸收，經(jīng)過(guò)適當(dāng)調(diào)節(jié)，可使其對(duì)微波具有單方向傳播的特性，隔離器常用于振蕩器與負(fù)載之間，起隔離和單向傳輸?shù)淖饔谩?.衰減器把一片能吸微波能量的吸收片垂直于矩形波導(dǎo)的寬邊，縱向插入波導(dǎo)管即成，用以部分衰減傳輸功率，沿著寬邊移動(dòng)吸收片可改變衰減量的大小。衰減器起調(diào)節(jié)系統(tǒng)中微波功率從以及去耦合的作用。6.諧振式頻率計(jì)（波長(zhǎng)表）電磁波通過(guò)耦合孔從波導(dǎo)進(jìn)入頻率計(jì)的空腔中，當(dāng)頻率計(jì)的腔體失諧時(shí)，腔里的電磁場(chǎng)極為微弱，此時(shí)，它基本不影響波導(dǎo)中波的傳輸。當(dāng)電磁波的頻率計(jì)滿足空腔的諧振條件時(shí)，發(fā)生諧振，反映到波導(dǎo)中的阻抗發(fā)生劇烈變化，相應(yīng)地，通過(guò)波導(dǎo)中的電磁波

3、信號(hào)強(qiáng)度將減弱，輸出幅度將出現(xiàn)明顯的跌落，從刻度套筒可讀出輸入微波諧振時(shí)的刻度，通過(guò)查表可得知輸入微波諧振頻率。7.匹配負(fù)載波導(dǎo)中裝有很好地吸收微波能量的電阻片或吸收材料，它幾乎能全部吸收入射功率。8.環(huán)形器它是使微波能量按一定順序傳輸?shù)蔫F氧體器件。主要結(jié)構(gòu)為波導(dǎo)Y型接頭，在接頭中心放一鐵氧體圓柱（或三角形鐵氧體塊），在接頭外面有“U”形永磁鐵，它提供恒定磁場(chǎng)H0。9.單螺調(diào)配器插入矩形波導(dǎo)中的一個(gè)深度可以調(diào)節(jié)的螺釘，并沿著矩形波導(dǎo)寬壁中心的無(wú)輻射縫作縱向移動(dòng)，通過(guò)調(diào)節(jié)探針的位置使負(fù)載與傳輸線達(dá)到匹配狀態(tài)。調(diào)匹配過(guò)程的實(shí)質(zhì)，就是使調(diào)配器產(chǎn)生一個(gè)反射波，其幅度和失配元件產(chǎn)生的反射波幅度相等而相位

4、相反，從而抵消失配元件在系統(tǒng)中引起的反射而達(dá)到匹配。10.微波源提供所需微波信號(hào)，頻率范圍在8.6-9.6GHz內(nèi)可調(diào)，工作方式有等幅、方波、外調(diào)制等，實(shí)驗(yàn)時(shí)根據(jù)需要加以選擇。11.選頻放大器用于測(cè)量微弱低頻信號(hào)，信號(hào)經(jīng)升壓、放大，選出1kHz附近的信號(hào)，經(jīng)整流平滑后輸出級(jí)輸出直流電平，由對(duì)數(shù)放大器展寬供給指示電路檢測(cè)。三、實(shí)驗(yàn)方法和步驟：1.觀察測(cè)量系統(tǒng)的微波儀器連接裝置，衰減器，波長(zhǎng)計(jì)，波導(dǎo)測(cè)量線的結(jié)構(gòu)形式。2.熟悉信號(hào)源的使用先將信號(hào)源的工作方式選為：等幅位置，將衰減至于較大位置，輸出端接相應(yīng)指示器，觀察輸出；再將信號(hào)源的工作方式選為：方波位置，將衰減至于較大位置，輸出端接相應(yīng)指示器，觀

5、察輸出；3.熟悉選聘放大器的使用；4.熟悉諧振腔波長(zhǎng)計(jì)的使用方法；微波的頻率測(cè)量是微波測(cè)量的基本內(nèi)容之一。其測(cè)量方法有兩種：（1）諧振腔法；（2）頻率比較法。本實(shí)驗(yàn)采用諧振腔法。由于波長(zhǎng)和平率直接滿足關(guān)系，所以頻率和波長(zhǎng)的測(cè)量是等效的。吸收式波長(zhǎng)計(jì)的諧振腔，其只有一個(gè)輸入端和能量傳輸線路相連，調(diào)諧過(guò)程可以從能量傳輸線路接收端指示器讀數(shù)的降低可以判斷出來(lái)；本實(shí)驗(yàn)采用了吸收式波長(zhǎng)計(jì)測(cè)量信號(hào)源頻率從，為了確定諧振頻率，用波長(zhǎng)表測(cè)出微波信號(hào)源的頻率。具體做法是：旋轉(zhuǎn)波長(zhǎng)表的測(cè)微頭，當(dāng)波長(zhǎng)表與被測(cè)頻率諧振時(shí)，將出現(xiàn)波峰。反映在建波指示器上的指示是一跌落點(diǎn)，此時(shí)，讀出波長(zhǎng)表測(cè)微頭的讀數(shù)，再?gòu)牟ㄩL(zhǎng)表頻率與刻

6、度曲線上查出對(duì)應(yīng)的頻率；5.按實(shí)驗(yàn)書(shū)框圖連接微波實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)；6.微調(diào)單旋調(diào)配器，事腔偏離匹配狀態(tài)（出于匹配狀態(tài)時(shí)，電流會(huì)達(dá)到一個(gè)最小值），檢波電流計(jì)上有一定示數(shù)（大于最小值）；7.調(diào)節(jié)波長(zhǎng)計(jì)使檢波電流計(jì)再次出現(xiàn)最小值的時(shí)候，讀出此處波長(zhǎng)計(jì)的刻度值；8.按照波長(zhǎng)計(jì)的刻度值去查找“波長(zhǎng)計(jì)-頻率刻度對(duì)照表”，就可以得到對(duì)應(yīng)的信號(hào)源頻率值；9.改變信號(hào)頻率，從8.6G開(kāi)始測(cè)到9.6G，每隔0.1G測(cè)量一次，記錄在數(shù)據(jù)表格中。四、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析:表格數(shù)據(jù)結(jié)果如下圖所示：信號(hào)源頻率值/GHZ波長(zhǎng)表讀數(shù)查表得到頻率信號(hào)源誤差誤差（%）8.612.618.5970.0030.0358.711.248.6930.

7、0070.0808.810.038.7890.0110.1258.98.888.8900.010.1129.07.898.9860.0140.1569.16.9859.0820.0180.1979.26.0659.1880.0120.1309.35.089.3120.0120.1299.44.489.3930.0070.0749.53.719.5070.0070.0749.63.099.6030.0030.031誤差分析：1.f0為信號(hào)源頻率值；f1為查表得到頻率；f=|f0-f1|為信號(hào)源誤差。本實(shí)驗(yàn)的數(shù)據(jù)如表格中所示：f=|f0-f1|的誤差很小在可控范圍0.0030.018內(nèi)，所以認(rèn)為實(shí)

8、驗(yàn)成功。2.產(chǎn)生誤差原因：儀器測(cè)量自身老舊產(chǎn)生的誤差；人為誤差：在讀數(shù)據(jù)時(shí)需要幾個(gè)人的配合，調(diào)節(jié)波長(zhǎng)表的測(cè)微頭，觀察電流表指針變化是兩個(gè)人，會(huì)使導(dǎo)致數(shù)據(jù)出現(xiàn)誤差，加之在讀數(shù)上也會(huì)有不可避免的人為誤差； 五、心得與體會(huì): 本次實(shí)驗(yàn)為電磁場(chǎng)與微波測(cè)量實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：微波測(cè)量系統(tǒng)的使用，這個(gè)實(shí)驗(yàn)較為簡(jiǎn)單，主要誤差還是出現(xiàn)在讀數(shù)階段，本實(shí)驗(yàn)我們用到了新的儀器，因而在對(duì)儀器的了解與掌握上花了一點(diǎn)時(shí)間，不過(guò)經(jīng)過(guò)努力，我們完成了實(shí)驗(yàn)?zāi)繕?biāo)，達(dá)到了實(shí)驗(yàn)?zāi)康模瑫r(shí)對(duì)新的實(shí)驗(yàn)儀器也有了更好的掌握?？傊?，這次實(shí)驗(yàn)我們受益良多。實(shí)驗(yàn)三 電磁波的雙縫干涉實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆諄?lái)自雙縫的兩束中央衍射波相互干涉的影響。二、實(shí)

9、驗(yàn)設(shè)備S426型分光儀三、實(shí)驗(yàn)原理圖3.1 雙縫干涉如圖3.1所示，當(dāng)一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹縫，則每一條狹鍵就是次級(jí)波波源。由兩縫發(fā)出的次級(jí)波是相干波，因此在金屬板的背后面空間中，將產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)然，光通過(guò)每個(gè)縫也有衍射現(xiàn)象，因此實(shí)驗(yàn)將是衍射和干涉兩者結(jié)合的結(jié)果。為了只研究主要是由于來(lái)自雙縫的兩束中央衍射波相互干涉的結(jié)果，需令雙縫的縫寬接近，例如：，這時(shí)單縫的一級(jí)極小接近530。因此取較大的，則干涉強(qiáng)度受縫衍射的影響小，當(dāng)較小時(shí)，干涉強(qiáng)度受單縫衍射影響大。 干涉加強(qiáng)的角度為：，式中K=l、2、；干涉減弱的角度為：式中K=l、2、。四、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、 如圖3.2連接儀器； 圖

10、3.2 雙縫干涉實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)2、調(diào)節(jié)雙縫板，使縫的寬度為合適值。3、將雙縫安裝到支座上，使狹縫平面與支座下面的小圓盤上的某一對(duì)刻線一致，此刻線應(yīng)與工作平臺(tái)上的900刻度的一對(duì)線一致。4、轉(zhuǎn)動(dòng)小平臺(tái)使固定臂的指針在小平臺(tái)的1800處，此時(shí)小平臺(tái)的00就是狹縫平面的法線方向。5、 按信號(hào)源操作規(guī)程接通電源，調(diào)節(jié)衰減器使信號(hào)電平讀數(shù)指示接近滿度。6、從衍射角00開(kāi)始，在雙縫的兩側(cè)使衍射角每改變10讀取一次表頭讀數(shù)，并記錄下來(lái)（注：由于衍射板橫向尺寸小，所以當(dāng)b取得較大時(shí)，為了避免接收喇叭直接收到發(fā)射喇叭的發(fā)射波或通過(guò)板的邊緣過(guò)來(lái)的波，活動(dòng)臂的轉(zhuǎn)動(dòng)角度應(yīng)小些。）7、實(shí)驗(yàn)結(jié)束，關(guān)閉電源，將衰減器的衰減調(diào)至最

11、大。五、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析（1）雙縫干涉實(shí)驗(yàn)：a=40mm,b=80mm =32mm角度（º）左側(cè)干涉強(qiáng)度（A）右側(cè)干涉強(qiáng)度（A）09696185952809036579455635314062022710118259241057111815122316133438144246154444164060175562186070196368206566214042222125232016241310255926892710112891029810306631443234333634412 由以上數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)測(cè)得一級(jí)極大干涉角在20º附近，一級(jí)極小干涉角在29º附近。

12、=32mm，代入公式得理論值一級(jí)極大干涉角=sin-1a+b=sin-132120=15.47º，一級(jí)極小干涉角=sin-132a+b=sin-13232120=23.58º。干涉曲線如理論極大實(shí)際極大理論極小實(shí)際極小左側(cè)15.472023.5825右側(cè)15.471823.5824 （2）雙縫干涉實(shí)驗(yàn)：a=30mm,b=70mm =32mm角度（º）左側(cè)干涉強(qiáng)度（A）右側(cè)干涉強(qiáng)度（A）0828216480258783425044436520206810723801900100111441281113162014213415274416365017485018526

13、0195062204562214251223235232423241011254326112710280029003011311232123312343335811 由以上數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)測(cè)量得一級(jí)極大干涉角在20º附近，一級(jí)極小干涉角在34º附近。 若用理論值=32mm計(jì)算，代入公式得理論值一級(jí)極大干涉角=sin-1a+b=sin-132100=18.66º，一級(jí)極小干涉角=sin-132a+b=sin-13232100=28.69º。干涉曲線如下圖所示：理論極大實(shí)際極大理論極小實(shí)際極小左側(cè)18.661828.6928右側(cè)18.662028.6928（3

14、）雙縫干涉實(shí)驗(yàn)：a=30mm,b=50mm =32mm角度（º）左側(cè)干涉強(qiáng)度（A）右側(cè)干涉強(qiáng)度（A）09090188882808637282468845648064882730788126095401011411131221136014100151811630217388185024196244206058215862226366235270244468253662263250273241283732293730304031314438324250333458342056356503613837020380839224043412442034301由以上數(shù)據(jù)可知，實(shí)驗(yàn)測(cè)量得一級(jí)極大干

15、涉角在23º附近，一級(jí)極小干涉角在38º附近。 若用理論值=32mm計(jì)算，代入公式得理論值一級(jí)極大干涉角=sin-1a+b=sin-13280=23.58º，一級(jí)極小干涉角=sin-132a+b=sin-1323280=36.87º。干涉曲線如下圖所示理論極大實(shí)際極大理論極小實(shí)際極小左側(cè)23.582236.8737右側(cè)23.582336.8739一、 誤差分析由實(shí)驗(yàn)值與理論值比較可得，第一次實(shí)驗(yàn)一級(jí)極大與一級(jí)極小實(shí)驗(yàn)值與理論值都有較大差距，但第二次實(shí)驗(yàn)與第三次實(shí)驗(yàn)一級(jí)極大與一級(jí)極小實(shí)驗(yàn)值與理論值差距不大，基本吻合。原因可能是實(shí)驗(yàn)過(guò)程中隔壁組實(shí)驗(yàn)儀器的干擾

16、，周圍人員的走動(dòng)都會(huì)對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，測(cè)量造成的誤差對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響更是不容忽視。 思考題（1）試闡述a、b變化對(duì)干涉產(chǎn)生的影響。答：<1>當(dāng)縫的大小a很大時(shí)光線直接穿過(guò)雙狹縫，出現(xiàn)在屏上的是一亮斑而不是干涉條紋，隨著縫的大小a減小，屏上開(kāi)始慢慢出現(xiàn)了干涉條紋，當(dāng)縫的大小繼續(xù)減小時(shí)，屏上的圖像不單只是干涉圖樣，還出現(xiàn)了另一種光的相干疊加現(xiàn)象衍射。<2>在單色光照射時(shí)，在保持其他參數(shù)不變的條件下，只改變雙縫間距b，隨著 b依次增大時(shí)，干涉條紋的縫寬應(yīng)變窄，條紋變密.（2）假設(shè)b趨近于0，實(shí)驗(yàn)結(jié)果的變化趨勢(shì)如何？答：若b趨近于0，則干涉現(xiàn)象越來(lái)越不明顯，如果縫寬足夠小，則

17、類似于單縫衍射實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)四 邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康恼莆针姶挪úㄩL(zhǎng)的測(cè)量方法二，預(yù)習(xí)內(nèi)容邁克爾孫干涉現(xiàn)象。三、實(shí)驗(yàn)儀器和設(shè)備S426型分光儀 1臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)的基本原理見(jiàn)圖1，在平面波前進(jìn)的方向上放置成450的半透射板。由于該板的作用，將入射波分成兩束波，一束向A方向傳播，另一束向B方向傳播。由于A、B處全反射板的作用，兩列波就再次回到半透射板并到達(dá)接收喇叭處。于是接收喇叭收到兩束同頻率，振動(dòng)方向一致的兩個(gè)波。如果這兩個(gè)波的位相差為2的整數(shù)倍。則干涉加強(qiáng)；當(dāng)位相差為的奇數(shù)倍則干涉 A(固定反射板) 發(fā)射喇叭 接收喇叭 B(可移反射板)圖1：邁克爾遜干涉實(shí)驗(yàn)減弱。因此在A處放

18、一固定板，讓B處的反射板移動(dòng)，當(dāng)表頭指示從一次極小變到又一次極小時(shí)，則 B處的反射板就移動(dòng)2的距離因此有這個(gè)距離就可求得平面波的波長(zhǎng)。五、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1.使兩喇叭口面互成900。半透射板與兩喇叭軸線互成450。2.將讀數(shù)機(jī)構(gòu)通過(guò)它本身上帶有的兩個(gè)螺釘旋入底座上，使其固定在底座上。3.插上反射板，使固定反射板的法線與接受喇叭的軸線一致，可移反射板的法錢與發(fā)射喇叭軸線一致。4.實(shí)驗(yàn)時(shí)將可移反射板移到讀數(shù)機(jī)構(gòu)的一端，在此附近測(cè)出一個(gè)極小的位置，然后旋轉(zhuǎn)讀數(shù)機(jī)構(gòu)上的手柄使反射扳移動(dòng)，從表頭上測(cè)出（n1）個(gè)極小值，并同時(shí)從讀數(shù)機(jī)構(gòu)上得到相應(yīng)的位移讀數(shù)，從而求得可移反射板的移動(dòng)距離L。則波長(zhǎng)實(shí)驗(yàn)儀器布置

19、如上圖。六、實(shí)驗(yàn)報(bào)告（1）平面波波長(zhǎng)：=2*(D4-D1)/31(mm)2(mm)3(mm)D17.8547.5677.866D224.78925.23325.102D341.23442.13942.361D459.21860.10260.145波長(zhǎng)/mm34.24335.02334.853波長(zhǎng)平均值/mm34.706（2）計(jì)算傳播常數(shù)K=2/=181.04誤差分析：理論上波長(zhǎng)應(yīng)為32mm，測(cè)出的波長(zhǎng)為34.706mm，比理論值大，但考慮到測(cè)量誤差及周圍環(huán)境對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響，本實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)值還是在誤差的允許范圍內(nèi)。思考題：（1）測(cè)量波長(zhǎng)時(shí)，介質(zhì)板位置如果旋轉(zhuǎn)90度，將會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象，能否準(zhǔn)確測(cè)量波長(zhǎng)

20、？依然可以產(chǎn)生相互干涉，但是由于第二路徑的波的傳播路徑極長(zhǎng)，衰減較大，所以，產(chǎn)生的干涉不是十分的明顯。測(cè)量可能不夠準(zhǔn)確。（2）如何測(cè)量全折射？將分光儀接受喇叭正對(duì)發(fā)送喇叭，中間放一玻璃板，不斷調(diào)整入射角度直至接受喇叭端接受強(qiáng)度開(kāi)始為零時(shí)所對(duì)應(yīng)的入射角即為玻璃板全折射的最大入射角。實(shí)驗(yàn)五 極化實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證電磁波的馬呂斯定理二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備S426型分光儀三、實(shí)驗(yàn)原理平面電磁波是橫波，它的電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E和波長(zhǎng)的傳播方向垂直。如果E在垂直于傳播方向的平面內(nèi)沿著一條固定的直線變化，這樣的橫電磁波叫線極化波。在光學(xué)中也叫偏振波。偏振波電磁場(chǎng)沿某一方向的能量有一定關(guān)系。這就是光學(xué)中的馬呂斯定律：式中I為偏振波的強(qiáng)度，為I與I0間的夾角。四、實(shí)驗(yàn)步驟1設(shè)計(jì)利用S426型分光儀驗(yàn)證電磁波馬呂斯定律的方案；方案：將S426型分光儀兩喇叭口面互相平行，并與地面垂直，其軸線在一條直線上，由于接收喇叭是和一段旋轉(zhuǎn)短波導(dǎo)連在一起的；在該軸承環(huán)的90度范圍內(nèi)，每隔5度有一刻度，接收喇叭課程從此處讀?。?°90°，以10度為步長(zhǎng)），繼而進(jìn)行驗(yàn)證。2根據(jù)設(shè)計(jì)的方案，布置儀器，驗(yàn)證電磁波的馬呂斯定律。實(shí)驗(yàn)儀器布置通過(guò)調(diào)節(jié)，使A1取一較大值，方便實(shí)驗(yàn)進(jìn)行。然后，再利用前面推導(dǎo)出的，將儀器按下圖布置。A1五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)I（A）0102030405060708090理論值8885.35