微波電磁特性與天線實(shí)驗(yàn)

微波分光儀綜合試驗(yàn)微波分光儀綜合試驗(yàn)--0-航通信等領(lǐng)域，具有別的方法和技術(shù)無法取代的特別功能。0.01m解。一、試驗(yàn)?zāi)康?、了解微波分光儀的構(gòu)造，學(xué)會(huì)調(diào)整它并能用它進(jìn)展試驗(yàn)2、把握電磁波反射定律的方法。3、把握電磁波的單峰衍射時(shí)衍射角對衍射波強(qiáng)度的影響。4、把握來自雙縫的兩束中心衍射波相互干預(yù)的影響。5，把握平面波長的測量方法。6、驗(yàn)證電磁波的馬呂斯定律、布拉格方程。7、驗(yàn)證天線的方向性。8、培育綜合性設(shè)計(jì)電磁波試驗(yàn)方案的力量。二、微波的特性及應(yīng)用微波的特性11在300—300000MHZ范圍內(nèi)的電磁波稱作微波。廣義的微波包括波長從10米到10〔30MHZ30THZ〕的電磁波。微波具有以下特點(diǎn)。波長短：它不同于一般的無線電波，因微波波長短到毫米,它具有類似光一樣有直線傳播性質(zhì)。微波分光儀綜合試驗(yàn)微波分光儀綜合試驗(yàn)--10-頻率高：微波已成為一種電磁輻射，趨膚效應(yīng)、輻射損耗相當(dāng)嚴(yán)峻。所以在爭論微波問題時(shí)要承受電磁場和電磁波的概念和方法。不能承受集中參數(shù)元頻率。特性阻抗等。10-6～10-3eV。研制了量子放大器、分子鐘和原子鐘。通信，宇航通信和射電天文學(xué)爭論的一種有效手段。基于上述特點(diǎn)，微波作為一門獨(dú)立學(xué)科得到人們的重視，獲得快速的進(jìn)展。微波的應(yīng)用雷達(dá)與通信受邀輻射原理——頻標(biāo)、計(jì)量標(biāo)準(zhǔn)在微波波譜學(xué)深入爭論的根底上，1957激輻射放大器，即“脈塞”，這就是大家知道的量子放大器。1960〔受激輻射原理〕成果〔量子放大器〕“移植”到可見光波段的一項(xiàng)成就?！苍隅姟呈抢貌ㄗV學(xué)成就制作的準(zhǔn)確時(shí)間頻率測量設(shè)備，目前量子頻標(biāo)的頻率穩(wěn)定度和準(zhǔn)確度已分別到達(dá)10-14和10-15應(yīng)，蘭姆移位，電子反常磁矩、引力“紅移”和引力波等已得到驗(yàn)證。微波與物質(zhì)的相互作用微波鐵氧體是微波技術(shù)中常用的一種各向異性材料，它不僅具有較強(qiáng)的磁生等離子體。穿透電離層——天體物理和射電天文爭論以微波為主要觀測手段的射電天文學(xué)的快速進(jìn)展，擴(kuò)大了天文觀看的視野，1978介質(zhì)的微波特性——微波電譜和磁譜，微波吸取材料，微波遙感微波電譜和磁譜是指介質(zhì)的介電常數(shù)和磁導(dǎo)率與外加微波場頻率的相互關(guān)息等，都與微波技術(shù)和微波電譜、磁譜有關(guān)。三、試驗(yàn)原理和衍射等現(xiàn)象。因此用微波作光波做試驗(yàn)所說明的波動(dòng)現(xiàn)象及其規(guī)律是全都動(dòng)試驗(yàn)比光學(xué)試驗(yàn)要更直觀、便利和安全，所需要設(shè)備制造也較簡潔。微波的反射電磁波在傳播過程中如遇到障礙物，必定要發(fā)生反對，微波遵從反射定律，本處以一塊大的金屬板作為障礙物來爭論當(dāng)電波以某一入射角投射到此金屬板反射線和入射線分居在法線兩側(cè)，反射角等于入射角。5.1AMN，則在B，B′=∠時(shí)，承受到的功率最大，即反射角等于入射角。5.1微波的反射微波的單縫衍射5.2圖5.2 微波的單縫衍射設(shè)微波波長為，狹縫寬度為，當(dāng)衍射角符合：=1,2,3,… 時(shí)在狹縫反面消滅衍射波的強(qiáng)度微小，而當(dāng)=0,1,2,… 時(shí)，則在縫后面消滅衍射波的強(qiáng)度極大〔主極大發(fā)生在 處〕。微波的雙縫干預(yù)微波遵守光波的干預(yù)規(guī)律，如圖5.3所示，5.3微波的雙縫干預(yù)當(dāng)一束微波〔波長為〕垂直入射到金屬板的二條狹縫上，則每條狹縫就是象，設(shè)縫寬為，兩縫間距離為，則由光的干預(yù)原理可知，當(dāng)當(dāng)微波的偏振性

=0,1,2,3,… 〔主極大發(fā)生在=0,1,2,3,…時(shí)，干預(yù)減弱。

處。微波在自由空間傳播是橫電磁波，它的電場強(qiáng)度矢量與磁場強(qiáng)度矢量和波的傳播方向永久成正交的關(guān)系，它們的振動(dòng)面的方向總是保持不變。、、遵守烏莫夫-坡印矢量關(guān)系〔5.4〕，即為 。假設(shè) 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)中也叫偏振波電磁場沿某一方向的能量有 系，這就是光學(xué)中的馬呂斯定律。式中為偏振光強(qiáng)度，是與間的夾角。微波的邁克爾遜干預(yù)置如圖5.4所示，放射喇叭發(fā)出的微波，被45°放置的分光玻璃板MM〔也稱半透射板〕分成兩束，一束由MMA；另一束透過MM反射板B.由于A、B為全反射金屬板，兩列波被反射再次回到半透射板。A束透的二束波。假設(shè)這二束波的位相差為的偶數(shù)倍，則干預(yù)加強(qiáng)；當(dāng)位相差為的奇數(shù)倍則干預(yù)減弱。圖5.4 、 、遵守烏莫夫-坡印矢量關(guān)系 微波的邁克爾遜干預(yù)儀假設(shè)入射的微波波長為，經(jīng)=0，±1,±2,±3,… 示數(shù)當(dāng) =0，±1,±2,±3,… 時(shí)指示器顯示微小示數(shù)。當(dāng)A不動(dòng)，將活動(dòng)板B移動(dòng)距離，則波程差就轉(zhuǎn)變了 ，假設(shè)從某一級(jí)極大開頭記數(shù)，測出個(gè)極大值，則由波長。

得到 即可測出微波的微波的布拉格衍射X〔0.01m1912X圖5.5 模擬晶體微波布拉格衍射5.5占據(jù)著點(diǎn)陣的結(jié)點(diǎn)，兩相鄰“原子”之間的距離為〔晶格常數(shù)〕。晶體內(nèi)特定取向的平面用密勒指數(shù) 與水平某一晶面的交線，當(dāng)一束微波以0角掠射到〔100〕晶面，一局部微波將為外表層的“原子”所散射，其余局部的微波將為晶體內(nèi)部各晶面上的“原子”所散射。各層晶面上“原子”散射的本質(zhì)是因“原子”在微波電磁場協(xié)迫下做與微波同頻率的受迫振蕩，然后向四周發(fā)出電磁電子波。由圖9知入射波束PA和QB分別受到表層“原子”A和其次層“原子”B散射，散射束分別為AP′BQ′，PAP′QBQ′的波程差為：式中

為晶面間距，對立方晶體 ，明顯波程差為入射波波長的整數(shù)兩列波同相位產(chǎn)生干預(yù)極大值式中表示掠射〔入射線與晶面夾角〕，稱為布拉格角；為整數(shù)，稱為衍射級(jí)次。同樣可以證明，拉格公式。公式僅對于〔100〕晶面族成立，而對于其它晶面族也成立，但晶面間距不同。對于〔110〕晶面族 ，計(jì)算晶面間距的公式為：天線的方向性系數(shù)大小。由下面的方向圖可以看出，1/√2=0.707〔1/2〕，兩個(gè)方向間的θ0.5”〔輻示主葉瓣的寬度越窄，說明天線的方向性越好。外，還應(yīng)當(dāng)包括后葉瓣和副葉瓣盡可能小，以減小可能消滅的竄擾。四、試驗(yàn)儀器是由固定臂4及其上端的放射喇叭33.二是承受局部：由可繞中心軸轉(zhuǎn)動(dòng)7615910成。三是在兩喇叭之間可繞中心軸自由轉(zhuǎn)動(dòng)的分度平臺(tái)11，平臺(tái)一周分為3605被測部件14用的四個(gè)彈簧銷釘，四是圓盤底座12，底座上有做邁克爾遜干預(yù)試驗(yàn)用的固定正交兩個(gè)反射板〔圖中未畫出〕13。圖2.1 試驗(yàn)裝置圖固態(tài)信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)具有單一的波長〔=32.02mm〕，相當(dāng)于光學(xué)試驗(yàn)中要求20dB，波瓣的理論半功率點(diǎn)寬度大約電矢量的偏振方向是垂直的。成套微波分光儀如圖2.2所示。2.22.2微波分光儀名稱6視頻電纜及微安表1分度轉(zhuǎn)臺(tái)7反射板2喇叭天線3可變衰減器序號(hào)名稱4晶體檢波器8單縫板5檢波指示器9雙縫板10半透射板13支座11〔模擬晶體及支架〕14支柱12讀數(shù)機(jī)構(gòu)15模片〔出廠時(shí)信號(hào)調(diào)在λ=32.02mm上，這種微波信號(hào)就相當(dāng)于光學(xué)試驗(yàn)中要求的單色光束。20H損方向是垂直的。信號(hào)的衰減也越大。晶體檢波器可將微波信號(hào)變成直流信號(hào)或低頻信號(hào)。五、裝置調(diào)整首先旋轉(zhuǎn)工作平臺(tái)使00刻線與固定臂上指針對正，再轉(zhuǎn)動(dòng)活動(dòng)臂使活動(dòng)臂上的指針對正在工作平臺(tái)1800〔即鎖緊〕,讀出指示器示數(shù)；然后，松開螺釘，移動(dòng)活動(dòng)臂向左右同樣角度〔20°〕時(shí)，觀看指示器讀數(shù)左右移動(dòng)時(shí)，偏轉(zhuǎn)是否一樣，假設(shè)不同，略略旋轉(zhuǎn)承受喇叭，反復(fù)調(diào)整直至左右指示器偏轉(zhuǎn)相等為止?！裁總€(gè)喇叭上和法蘭上都有刻線〕成始終線。這可以細(xì)繩為準(zhǔn)繩，通過水〔本儀器所帶的成套件〕或是否正與反射板或三角板垂直平臺(tái)平面的一邊正好靠上〔2mm。如使細(xì)線正與垂邊靠上，然后調(diào)整活動(dòng)臂上的指針位置，使其正指1800。做反射，單縫衍射，雙縫干預(yù)試驗(yàn)時(shí)，1414六、試驗(yàn)內(nèi)容反射試驗(yàn)試驗(yàn)儀器布置如圖6.16.1反射試驗(yàn)儀器的布置900刻度處，將支座放在工作平臺(tái)上，〔與支座上刻線對齊拉起平臺(tái)上四個(gè)壓緊螺釘旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度后放下，即可壓緊支座。板平面全都的刻線與小平臺(tái)上相應(yīng)900刻度的一對刻線全都。這時(shí)小平臺(tái)上的00取300至650之間。由于入射角太大接收喇叭有可能直接承受入射波。做這項(xiàng)試驗(yàn)時(shí)應(yīng)留意系統(tǒng)的調(diào)整和四周環(huán)境的影響。單縫衍射試驗(yàn)試驗(yàn)儀器布置如圖6.21800處，此時(shí)小00就是狹縫平面的法線方向。這時(shí)調(diào)整信號(hào)電平使表頭指示接近滿度。的衍射角進(jìn)展比較。最終記錄數(shù)據(jù)并繪出曲線。雙縫干預(yù)試驗(yàn)

6.2單縫衍射試驗(yàn)的儀器布置試驗(yàn)儀器布置同圖6.2，僅將小平臺(tái)上的單縫衍射板以雙縫衍射板代替。調(diào)b最終記錄數(shù)據(jù)并繪出曲線。6.3邁克爾遜干預(yù)試驗(yàn)的根本原理邁克爾遜干預(yù)試驗(yàn)邁克爾遜干預(yù)試驗(yàn)的根本原理見圖6.3，在平面波前進(jìn)的方向上放置成450的半透射板。試驗(yàn)儀器布置如圖6.4；使兩喇叭口面互成900。半透射板與兩喇叭軸線互成450，將讀數(shù)機(jī)構(gòu)通過它本身上帶有的兩個(gè)螺釘旋入底座上，使其固定在底座上法錢與放射喇叭軸線全都。試驗(yàn)時(shí),將可移反射板移到讀致機(jī)構(gòu)的一端，在此附2L反射板的移動(dòng)距離L。則波長 n。