微波通信實驗講義

/微波通信實驗講義（試用版)游佰強、徐偉明廈門大學(xué)電子工程系2004年3月?目錄HYPERLINK\l”前言”前言HYＰEＲLＩＮＫ\l”一、概述"一、微波分光儀概述HYPERLINK\ｌ"二、工作原理”二、微波分光儀工作原理HYPERLＩＮK\ｌ”三、系統(tǒng)成套性"三、微波分光儀系統(tǒng)成套性HYＰERＬINK\l"四、機械結(jié)構(gòu)的安裝與調(diào)整＂四、分光儀的機械結(jié)構(gòu)的安裝與調(diào)整HYPERLINK＼l"五、軟件安裝"五、分光儀軟件安裝HYPＥRLＩＮK＼l"六、使用方法"六、分光儀使用方法HYPERLＩNK\l”反射實驗”實驗一、反射實驗HYＰＥＲLINK\l＂單縫衍射實驗"2。單縫衍射實驗HＹPERLINK＼l”雙縫干涉實驗"3.雙縫干涉實驗HＹPERＬIＮK＼l”邁克爾遜干涉實驗"４．邁克爾遜干涉實驗HYPERLＩNK\l"無損介質(zhì)介電常數(shù)實驗”5．無損介質(zhì)介電常數(shù)實驗HYPEＲLINK\l”偏振實驗"６.偏振實驗HＹPＥRＬIＮK\l＂布拉格衍射實驗"７．布拉格衍射實驗ＨＹPEＲLINK＼l”極化波的產(chǎn)生檢測＂8．極化波的產(chǎn)生/檢測HYＰEＲLINＫ11。軟件的補充說明HYＰＥRLINＫ＼ｌ＂七、保修期限”七、保修期限ＨYＰＥRＬINK三、微波分光儀系統(tǒng)成套性DH９26Ｕ型微波分光儀自動測試系統(tǒng)主要包含DH９２6B型微波分光儀、DH9２6AD型數(shù)據(jù)采集儀及DH112１Ｂ型三厘米固態(tài)信號源三部分。下面分述每部分儀器的成套性：１.DH9２6Ｂ型微波分光儀的成套性序號名稱數(shù)量1分度轉(zhuǎn)臺12喇叭天線（矩形）23可變衰減器14晶體檢波器15視頻電纜16反射板27單縫板18雙縫板19半透射板１１0模擬晶體（模擬晶體及支架）11１讀數(shù)機構(gòu)1１２支座１１3支柱4１４模片1１5技術(shù)說明書１２．ＤH92６AD型數(shù)據(jù)采集儀的成套性序號名稱數(shù)量1主機１2光柵3３通道電纜線34USＢ電纜線15保險絲管（０.5A）26電源線17視頻電纜18配套光盤（含硬件驅(qū)動、應(yīng)用軟件、使用說明等）１３．DH1121B型三厘米固態(tài)信號源的成套性序號名稱數(shù)量1主機12振蕩器/隔離器單元13技術(shù)說明書14保險絲管（0．５A(chǔ)，１A）各15電源線16技術(shù)說明書１其中,DH1１２1Ｂ型三厘米固態(tài)信號源的三厘米固態(tài)振蕩器發(fā)出的信號具有單一的波長（出廠時信號調(diào)在λ=3２.０2mm上），這種微波信號就相當(dāng)于光學(xué)實驗中要求的單色光束。DH926Ｂ型微波分光儀的喇叭天線的增益大約是20分貝,波瓣的理論半功率點寬度大約為：H面是２0°，Ｅ面是1６°.當(dāng)發(fā)射喇叭口面的寬邊與水平面平行時,發(fā)射信號電矢量的偏損方向是垂直于水平面的;可變衰減器用來改變微波信號幅度的大小,衰減器的度盤指示越大，對微波信號的衰減也越大；晶體檢波器可將微波信號變成直流信號或低頻信號(當(dāng)微波信號幅度用低頻信號調(diào)制時)。當(dāng)以上這些元件連接時，各波導(dǎo)端應(yīng)對齊。如果連接不正確，則信號傳輸可能受破壞。ＨＹPEＲLINＫ\l”目”四、機械結(jié)構(gòu)的安裝與調(diào)整本DH9２6B型微波分光儀分度轉(zhuǎn)臺的安裝與調(diào)整已經(jīng)完成，并放置在每位同學(xué)的實驗桌上,請同學(xué)們自行熟悉儀器，不要隨意改動設(shè)置。DH1121Ｂ型三厘米固態(tài)信號源的安裝在DＨ926Ｂ型微波分光儀喇叭天線的可變衰減器上。如要改變參數(shù),請參照波長表設(shè)定。注意：開機前先不要按振蕩器的連線（取下注意：開機前先不要按振蕩器的連線（取下“輸出”）插座，打開電源,狀態(tài)選“等幅”，電壓表應(yīng)指在１２V，檢查電流應(yīng)潔凈于零。===表示電源工作正常.為了防止意外,應(yīng)關(guān)斷電源后在重新連接線，再打開電源，此時信號源可以正常工作。HＹPERLINK提示框（如圖３３），這是應(yīng)用軟件根據(jù)實驗內(nèi)容建議您選擇的“采集點數(shù)"和“脈沖通道”，單擊“ＯK”按鈕,進入“輸入采集參數(shù)”界面，建議采用我們推薦的“采集點數(shù)和通道號”,這樣有利于更好觀察采集過程及處理數(shù)據(jù)。如果您未做選擇直接點擊了“試采集”或“正式采集”按鈕,“采集點數(shù)和通道號”則按照我們建議的默認(rèn)值“采集點數(shù)為６0，通道號為1”選擇。在您選擇好“采集點數(shù)和通道號圖33“建議”提示框如果當(dāng)前界面不是系統(tǒng)“主菜單"，切換到系統(tǒng)“主菜單”界面后，按照上述操作進行即可.如果您想預(yù)覽一下采集過程，您可點擊“試采集"按鈕,“試采集”的采集過程界面比“正式采集"過程界面簡單，功能鍵很少,不對采集數(shù)據(jù)進行處理,相應(yīng)的功能鍵與“正式采集”采集過程界面中的功能按鈕功能相同,此處不再贅述，僅講解“正式采集"采集過程界面的功能按鈕使用及實驗結(jié)果處理。注：如果您先點擊了“試采集”按鈕進行了試采集，退出“試采集”采集過程界面后，您要開始“正式采集”之前，務(wù)必要把實驗裝置恢復(fù)到本實驗的初始狀態(tài),方可繼續(xù)進行“正式采集"工作！否則會對實驗結(jié)果引入很大的誤差!當(dāng)點擊“正式采集”按鈕，屏幕上便會出現(xiàn)正式采集過程界面（如圖34).圖34正式采集界面“采集過程”界面中，“繪圖框”內(nèi)顯示以采集點數(shù)為橫坐標(biāo)、電壓值為縱坐標(biāo)的坐標(biāo)軸。此時，察看單縫寬度和微波波長，將其值填入繪圖框下方的“需要您輸入的參數(shù)”中“單縫寬度"和“微波波長"相應(yīng)欄中，以便采集結(jié)束后計算“１級極小衍射角"和“1級極大衍射角”的值。如果您此時點擊“開始采集”按鈕，屏幕上會出現(xiàn)“是否保存？”界面，如果您是首次采集，請單擊“開始新的采集按鈕"。如果您剛剛已進行了采集工作，您就要考慮是否對剛剛的采集過程進行保存，若保存,請單擊“保存”按鈕;若不保存，請單擊“開始新的采集”按鈕。圖34正式采集界面如果您剛剛選擇了“開始新的采集”，屏幕上便會出現(xiàn)一個提示框,提示您當(dāng)前要進行的操作.單擊“OK”按鈕，開始實時采集信號變化并繪圖。采集過程中，DH９26AD型數(shù)據(jù)采集儀的UＳＢ指示燈連續(xù)閃動（藍色)，表示采集過程正在繼續(xù)。應(yīng)用軟件屏幕上的信號燈顏色也隨著實驗的繼續(xù)進行紅色、綠色切換.您需要順時針或逆時針(但只能沿一個方向）勻速轉(zhuǎn)動DH926B型微波分光儀的活動臂,隨著活動臂的移動，采集點數(shù)依次增加，當(dāng)您停止移動活動臂，繪圖框會保持原來的狀態(tài)直到您再次開始移動活動臂。這個過程中，您便可在繪圖框中實時觀察到信號變化.當(dāng)采集過程中的已采集的脈沖變化等于您在進入采集過程界面之前設(shè)定的采集點數(shù)時,屏幕上會出現(xiàn)“此次采集完畢”的采集結(jié)束提示框.如果您想對采集過程中根據(jù)采集得到的數(shù)據(jù)可以求得的參數(shù)有所了解，請點擊正式采集界面中的“計算結(jié)果”按鈕,如果您未輸入需要您輸入的“單縫寬度”和“微波波長”參數(shù),切記這兩個參數(shù)的單位默認(rèn)為“厘米"。屏幕上會出現(xiàn)“請輸入?yún)?shù)"的警告提示框（如圖35）.重新輸入入射角后，再次按下“計算結(jié)果"按鈕,系統(tǒng)軟件會根據(jù)您提供圖35警告提示框的已知量及采集過程中的數(shù)據(jù)，將本實驗待求參數(shù)理論值和根據(jù)實際采集過程處理得到的參數(shù)—-“1級極小衍射角”和“１級極大衍射角"參數(shù)的值分別顯示在屏幕的“參數(shù)理論值"及“經(jīng)采集求得的參數(shù)”框內(nèi)（如圖３6)。圖35警告提示框圖36計算結(jié)果示例采集結(jié)束后，如果您想對采集的數(shù)據(jù)進行保存，點擊“保存數(shù)據(jù)”按鈕，屏幕上首先出現(xiàn)“將采集過程保存成數(shù)據(jù)文件”的提示框，單擊“OK"后，出現(xiàn)“保存數(shù)據(jù)對話框"，默認(rèn)存儲路徑為本軟件安裝的根目錄,輸入數(shù)據(jù)文件名，點擊“保存”按鈕,文件即按照您所輸入的文件名,以“。txt”為擴展名將采集數(shù)據(jù)保存成文本文件.圖36計算結(jié)果示例在采集過程中,如果您點擊了“終止采集"按鈕,本次采集即被終止,但在這個過程中，您所采集到的數(shù)據(jù)未必能對通過本實驗可求得的參數(shù)進行準(zhǔn)確計算，如果您不想了解計算結(jié)果,您便可終止采集過程,屏幕上會出現(xiàn)“此次采集完畢"的采集結(jié)束提示框.采集過程停止后,繪圖框中仍顯示剛剛進行的采集過程,如果您再次開始采集工作，繪圖框上的繪圖線條會以有別于上次采集過程的線條顏色顯示（如果上次繪圖線條為紅色,則此次繪圖線條為藍色,反之亦然）。如果您認(rèn)為重新開始采集過程需要清除原繪圖區(qū)域信息，重新顯示采集過程，您可點擊“清屏”按鈕，繪圖框恢復(fù)到初始狀態(tài).ＨＹPERLＩNK\l"目"實驗三、雙縫干涉實驗：baφa如下圖(圖３7）所示，當(dāng)一平面波垂直入射到一金屬板的兩條狹縫上,則每一條狹縫就是次級波波源。由兩縫發(fā)出的次級波是相干波,因此在金屬板的后面空間中，將產(chǎn)生干涉現(xiàn)象。當(dāng)然，光通過每個縫也有衍射現(xiàn)象。因此本實驗將是衍射和干涉兩者結(jié)合的結(jié)果。為了主要研究來自雙縫的兩束中央衍射波相互干涉的結(jié)果，這里設(shè)為雙縫的間距，仍為縫寬，接近波長，例如：，baφa圖37雙縫干涉原理，這時單縫的一級極小衍射角接近5３度。因此取較大的,則干涉強度受單縫衍射的影響??；反之，當(dāng)較小時,干涉強度受單縫衍射影響大。干涉加強的角度為：，式中;干涉減弱的角度為:,式中，.本演示實驗中,我們只對1級極大干涉角和0級極小干涉角做了討論。當(dāng)取不同的值，實驗結(jié)果可通過采集過程表達出來,此處不再贅述.圖37雙縫干涉原理1）系統(tǒng)構(gòu)建指南:系統(tǒng)布置同單縫衍射實驗布置，如圖3８,僅將ＤH９2６B型微波分光儀小平臺上的單縫衍射板用雙縫干涉板代替。調(diào)整過程也相同。將ＤH926AＤ型數(shù)據(jù)采集儀提供的USB電纜線的兩端根據(jù)具體尺寸分別連接到數(shù)據(jù)采集儀的UＳB口和計算機的USB口,此時,DH926AD型數(shù)據(jù)采集儀的USB指示燈亮（藍色），表示已連接好。然后打開DＨ９26AＤ型數(shù)據(jù)采集儀的電源開關(guān)，電源指示燈亮（紅色)，將數(shù)據(jù)采集儀的通道電纜線兩端分別連接到DH９2６B圖38雙縫衍射實驗型微波分光儀分度轉(zhuǎn)臺底部的光柵通道插座和數(shù)據(jù)采集儀的相應(yīng)通道口上（本實驗應(yīng)用軟件默認(rèn)為通道1)。最后,察看DＨ1121Ｂ型三厘米固態(tài)信號源的“等幅"和“方波”檔的設(shè)置,將ＤH92６AD型數(shù)據(jù)采集儀的“等幅／方波”設(shè)置按鈕等同與DH１121Ｂ型三厘米固態(tài)信號源的設(shè)置。由于干涉板橫向尺寸小，所以當(dāng)取得較大時,為了避免接收喇叭直接收到發(fā)射喇叭的發(fā)射波或通過板的邊緣過來的波,活動臂的轉(zhuǎn)動角度應(yīng)盡量小些。2）軟件指南:軟件操作也與單縫衍射實驗操作基本相同，如果當(dāng)前界面為系統(tǒng)“主菜單”,選擇菜單項“微波物理實驗"的第三個子菜單項“雙縫干涉實驗”。采集過程中,您需要順時針或逆時針(但只能沿一個方向)勻速轉(zhuǎn)動DH９26B型微波分光儀的活動臂,隨著活動臂的移動,采集點數(shù)依次增加，當(dāng)您停止移動活動臂，繪圖框會保持原來的狀態(tài)直到您再次開始移動活動臂。不同之處是在您已完成采集過程后，如果您想對采集過程中“雙縫干涉實驗”根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)可以求得的參數(shù)有所了解,請在繪圖框下方的“需要您輸入的參數(shù)”一欄中分別輸入“縫寬度”和“微波波長”及“縫間距”三個參數(shù)的值，切記這三個參數(shù)的單位默認(rèn)為“厘米"。而后，當(dāng)您按下“計算結(jié)果”按鈕，系統(tǒng)軟件會根據(jù)您提供的已知量及采集過程中的數(shù)據(jù)，將本實驗待求參數(shù)理論值和根據(jù)實際采集過程處理得到的參數(shù)——“1級極大干涉角”和“0級極小干涉角”的值分別顯示在屏幕的“參數(shù)理論值"及“經(jīng)采集求得的參數(shù)”框內(nèi)。ＨYPＥＲLIＮK＼l”目”實驗四、邁克爾遜干涉實驗:B（可移反射板）發(fā)射喇叭接收喇叭A（固定反射板）如下圖（圖3９)所示，在平面波前進的方向上放置成４5度的半透射板，將入射波分成兩束波,一束被反射沿方向傳播，另一束被折射沿方向傳播。后由于、方向上全反射板的作用，兩列波就再次回到半透射板,又分別經(jīng)同樣的折射和反射，最后到達接收喇叭處。于是接收喇叭收到兩束同頻率,振動方向一致的兩列波.如果這兩列波的相位相差為的整數(shù)倍,則干涉加強;當(dāng)相位相差為的奇數(shù)倍時，干涉減弱。因此在方向上放一固定的全反射板，讓方向的全反射板可移動，當(dāng)表頭指示從一次極小變到又一次極小時，方向的反射板就移動（為波長)的距離．因此由這個距離就可求得平面波的波長。B（可移反射板）發(fā)射喇叭接收喇叭A（固定反射板）圖39邁克爾遜干涉原理系統(tǒng)構(gòu)建指南：圖40邁克爾遜干涉布置如圖４0，使DH９2６B型微波分光儀兩喇叭口面互成9０度，半透射板與兩喇叭軸線互成４5度，將讀數(shù)機構(gòu)通過它本身上帶有的兩個螺釘旋入底座上相應(yīng)的旋孔，使其固定在底座上。然后,在讀數(shù)機構(gòu)和平臺上分別插上全反射板，使固定的全反射板的法線與接收喇叭的軸線一致，可移動的全反射板的法線與發(fā)射喇叭軸線一致。將ＤH926ＡＤ型數(shù)據(jù)采集儀提供的ＵSB電纜線的兩端根據(jù)具體尺寸分別連接到數(shù)據(jù)采集儀的USB口和計算機的ＵSB口，此時,DＨ92６AD型數(shù)據(jù)采集儀的ＵSB指示燈亮(藍色），表示已連接好。然后打開DH926AＤ型數(shù)據(jù)采集儀的電源開關(guān),電源指示燈亮（紅色），將數(shù)據(jù)采集儀的通道電纜線兩端分別連接到DH926B型微波分光儀讀數(shù)機構(gòu)的光柵通道插座和數(shù)據(jù)采集儀的相應(yīng)通道口上（本實驗應(yīng)用軟件默認(rèn)為通道2).最后，察看DH１12１B型三厘米固態(tài)信號源的“等幅”和“方波”檔的設(shè)置,將DH926ＡD型數(shù)據(jù)采集儀的“等幅/方波”設(shè)置按鈕等同與DH1１21B型三厘米固態(tài)信號源的設(shè)置.圖40邁克爾遜干涉布置實驗時,將可移動的全反射板移到讀數(shù)機構(gòu)的２0刻度一端，在此附近測出一個極小幅度的位置,然后沿讀數(shù)機構(gòu)70刻度的一端旋轉(zhuǎn)讀數(shù)機構(gòu)上的手柄使可移動的全反射板隨之勻速移動，從DＨ9２6AD型數(shù)據(jù)采集儀表頭上測出個極小幅度值，同時從讀數(shù)機構(gòu)上得到相應(yīng)的位移讀數(shù)，從而求得可移動的全反射板的移動距離為,根據(jù)上述實驗原理，求得波長。2）軟件指南：軟件操作也與上述三個實驗操作基本相同，不同的地方有如下幾點：a）如果當(dāng)前界面為系統(tǒng)“主菜單”，選擇菜單項“微波物理實驗”的第四個子菜單項“邁克爾遜干涉實驗”，屏幕上會出現(xiàn)“建議采集點數(shù)”和“建議采集通道"提示框，單擊“OK"按鈕，進入“采集點數(shù)和通道選擇”界面，您可根據(jù)之前的提示信息選擇“采集點數(shù)和通道號"。值得一提的是此處的選擇的“通道號及采集點數(shù)”與上述三個實驗的脈沖通道及采集點數(shù)差別很大，最好按照提示信息選擇,否則就不能采集到理想的實驗數(shù)據(jù)并得到準(zhǔn)確的實驗結(jié)果。采集過程中，從DＨ926Ｂ型微波分光儀讀數(shù)機構(gòu)２0刻度一端沿讀數(shù)機構(gòu)70刻度的一端旋轉(zhuǎn)讀數(shù)機構(gòu)上的手柄，使可移動的全反射板隨之勻速移動。ｂ）在您已完成采集過程后,如果您想對采集過程中“邁克爾遜干涉實驗”根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)可以求得的參數(shù)有所了解，請在繪圖框下方的“需要您輸入的參數(shù)”一欄中輸入“理論微波波長"參數(shù)值，切記這個參數(shù)的單位默認(rèn)為“厘米".而后，當(dāng)您按下“計算結(jié)果”按鈕，系統(tǒng)軟件會根據(jù)采集過程中的數(shù)據(jù)，將本實驗根據(jù)實際采集過程處理得到的參數(shù)——“微波波長”和“相位常數(shù)"的值分別顯示在屏幕的“經(jīng)采集求得的參數(shù)”框內(nèi)，其中“微波波長"的值可以和您輸入的“理論微波波長”進行比較。?HYＰERLINK＼l"目＂實驗五、無損介質(zhì)介電常數(shù)實驗：利用相干波的原理,把具有厚度為的待測介電常數(shù)的介質(zhì)板樣品放在固定全反射板或可移動的全反射板處，（注：需緊貼固定全反射板或可移動全反射板），由于待測介電常數(shù)的介質(zhì)板的引入,使DH92６AD型數(shù)據(jù)采集儀表頭零指示不再為零,在移動可移動的全反射板一定距離Ｌ后,ＤH926AＤ型數(shù)據(jù)采集儀表頭再次指示為零。最后根據(jù)可動全反射板移動的距離L的值引起的相位變化得出待測介質(zhì)板的介電常數(shù)值。1)系統(tǒng)構(gòu)建指南：系統(tǒng)布置同邁克爾遜干涉實驗布置,調(diào)整過程也相同.將DＨ92６AＤ型數(shù)據(jù)采集儀提供的ＵSB電纜線的兩端根據(jù)具體尺寸分別連接到數(shù)據(jù)采集儀的ＵSB口和計算機的ＵSB口,此時，DH９2６AD型數(shù)據(jù)采集儀的USＢ指示燈亮（藍色),表示已連接好。然后打開DH9２６AＤ型數(shù)據(jù)采集儀的電源開關(guān)，電源指示燈亮(紅色）,將數(shù)據(jù)采集儀的通道電纜線兩端分別連接到DH926B型微波分光儀讀數(shù)機構(gòu)的光柵通道插座和數(shù)據(jù)采集儀的相應(yīng)通道口上(本實驗應(yīng)用軟件默認(rèn)為通道2）.不同之處是實驗開始時，無需放置待測介電常數(shù)的介質(zhì)板，而在軟件數(shù)據(jù)采集過程中，軟件提示您需要放上待測介質(zhì)板時,請將介質(zhì)板緊貼DH92６B型微波分光儀固定全反射板或可移動全反射介質(zhì)板放置即可。2）軟件指南：軟件操作也與上述四個實驗操作基本相同，如果當(dāng)前界面為系統(tǒng)“主菜單”,選擇菜單項“微波物理實驗”的第五個子菜單項“無損介質(zhì)介電常數(shù)實驗”,屏幕上會出現(xiàn)“建議采集點數(shù)”和“建議采集通道”提示框，單擊“OK”按鈕，進入“采集點數(shù)和通道選擇”界面,您可根據(jù)之前的提示信息選擇“采集點數(shù)和通道號”。此處選擇的“通道號及采集點數(shù)”與邁克爾遜干涉實驗類似。采集過程中,勻速轉(zhuǎn)動ＤH9２6B型微波分光儀讀數(shù)機構(gòu)上的手柄，使可移動的全反射板隨之勻速移動。所不同的是在您已完成采集過程后,如果您想對采集過程中“無損介質(zhì)介電常數(shù)實驗”根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)可以求得的參數(shù)有所了解,請在繪圖框下方的“需要您輸入的參數(shù)”一欄中分別輸入“介質(zhì)板厚度”、“微波波長"和“相位常數(shù)”三個參數(shù)的值，切記前兩個參數(shù)的單位默認(rèn)為“厘米"。當(dāng)您按下“計算結(jié)果”按鈕時，系統(tǒng)軟件會根據(jù)您提供的已知量及采集過程中的數(shù)據(jù),將本實驗根據(jù)實際采集過程處理得到的參數(shù)——“介電常數(shù)”、“介質(zhì)中微波波長"和“介質(zhì)中相位常數(shù)”的值分別顯示在屏幕的“經(jīng)采集求得的參數(shù)”框內(nèi)。HYPＥRLINK實驗七、布拉格衍射實驗：任何的真實晶體，都具有自然外形和各向異性的性質(zhì),這和晶體的離子、原子或分子在空間按一定的幾何規(guī)律排列密切相關(guān)。晶體內(nèi)的離子、原子或分子占據(jù)著點陣的結(jié)構(gòu)，兩相鄰結(jié)點的距離叫晶體的晶格常數(shù)。真實晶體的晶格常數(shù)約在10—8厘米的數(shù)量級。Ｘ射線的波長與晶體的常數(shù)屬于同一數(shù)量級。實際上晶體是起著衍射光柵的作用。因此可以利用X射線在晶體點陣上的衍射現(xiàn)象來研究晶體點陣的間距和相互位置的排列，以達到對晶體結(jié)構(gòu)的了解。本實驗是仿照射線入射真實晶體發(fā)生衍射的基本原理，人為的制作了一個方形點陣的模擬晶體，以微波代替射線，使微波向模擬晶體入射，觀察從不同晶面上點陣的反射波產(chǎn)生干涉應(yīng)符合的條件.這個條件就是布拉格方程,即當(dāng)微波波長為的平面波入射到間距為a(晶格常數(shù)）的晶面上,入射角為，當(dāng)滿足條件時(為整數(shù)）,發(fā)生衍射.衍射線在所考慮的晶面反射線方向。在一般的布拉格衍射實驗中采用入射線與晶面的夾角（即通稱的掠射角），這時布拉格方程為。我們這里采用入射線與晶面法線的夾角(即通稱的入射角），是為了在實驗時方便.1)系統(tǒng)構(gòu)建指南:系統(tǒng)布置類似反射實驗,如圖42，實驗中除了DH926B型微波分光儀兩喇叭圖4２布拉格衍射實驗的調(diào)整同反射實驗一樣外,要注意的是模擬晶體球應(yīng)用模片調(diào)得上下左右成為一方形點陣,模擬晶體架上的中心孔插在支架上與度盤中心一致的一個銷子上。當(dāng)把模擬晶體架放到小平臺上時，應(yīng)使模擬晶體架晶面法線一致的刻線與度盤上的0刻度一致。為了避免兩喇叭之間波的直接入射，入射角取值范圍最好在30度到70度之間.將DＨ92６ＡD型數(shù)據(jù)采集儀提供的USB電纜線的兩端根據(jù)具體尺寸分別連接到數(shù)據(jù)采集儀的USＢ口和計算機的USB口，此時，DH92６ＡＤ型數(shù)據(jù)采集儀的UＳB指示燈亮(藍色)，表示已連接好.然后打開DＨ９26AＤ型數(shù)據(jù)采集儀的電源開關(guān)，電源指示燈亮（紅色），將數(shù)據(jù)采集儀的通道電纜線兩端分別連接到ＤＨ92６B型微波分光儀分度轉(zhuǎn)臺底部的光柵通道插座和數(shù)據(jù)采集儀的相應(yīng)通道口上(本實驗應(yīng)用軟件默認(rèn)為通道1）.2)軟件指南:軟件操作也與上述六個實驗操作基本相同,如果當(dāng)前界面為系統(tǒng)“主菜單”，選擇菜單項“微波物理實驗”的第七個子菜單項“布拉格衍射實驗”,屏幕上會出現(xiàn)“建議采集點數(shù)"和“建議采集通道”提示框，單擊“OK"按鈕，進入“采集點數(shù)和通道選擇”界面，您可根據(jù)之前的提示信息選擇“采集點數(shù)和通道號"。此處選擇的“通道號及采集點數(shù)"與反射實驗類似。采集過程中，您需要逆時針勻速轉(zhuǎn)動DH9２6Ｂ型微波分光儀的圓盤改變?nèi)肷浣?然后順時針勻速轉(zhuǎn)動活動臂,隨著活動臂的移動改變相應(yīng)的反射角,采集點數(shù)依次增加,當(dāng)您停止移動圓盤或活動臂時，繪圖框會保持原來的狀態(tài)直到您再次開始移動.按照不同的入射角和相應(yīng)的反射角分別記錄相應(yīng)的電壓值，然后，繪制布拉格衍射曲線.所不同的是在您已完成采集過程后，如果您想對采集過程中“布拉格衍射實驗"根據(jù)采集到的數(shù)據(jù)可以求得的參數(shù)有所了解，請在繪圖框下方的“需要您輸入的參數(shù)”一欄中分別輸入“晶格常數(shù)”和“微波波長”兩個參數(shù)的值,切記前兩個參數(shù)的單位默認(rèn)為“厘米”。當(dāng)您按下“計算結(jié)果”按鈕時,系統(tǒng)軟件會根據(jù)您提供的已知量及采集過程中的數(shù)據(jù),將本實驗根據(jù)實際采集過程處理得到的參數(shù)——“1級掠射角”和“2級掠射角”的值分別顯示在屏幕的“經(jīng)采集求得的參數(shù)”框內(nèi)。HYPＥRLINK＼l＂目＂實驗八、極化波的產(chǎn)生/檢測：DH30003型柵網(wǎng)組件是由兩個柵條方向相差90°的柵網(wǎng)組成。柵網(wǎng)（見圖43)是在一金屬框架上繞有一排互相平行的金屬絲,以反射平行金屬絲的電場，DH3000３型柵網(wǎng)組件與本廠的DH926B型微波分光儀組合使用可獲得圓極化波。波的極化是用以描述電場強度空間矢量在某點位置上隨時間變化的規(guī)律.無論是線極化波、圓極化波或橢圓極化波都可由同頻率正交場的兩個線極化組成。若他們同相（或反相)、等幅（或幅度不等）其合成場的波認(rèn)為線極化波;若它們相位相位差為90°，即△φ＝±90°，幅度相等，合成場波為右旋或左旋圓極化波;若它們相位差為0<△φ〈±9０°，幅度相等（或幅度不等）,合成場波為右旋或左旋橢圓極化波。圖44是用柵網(wǎng)組件實現(xiàn)波極化的原理圖。圖43DH3000３型柵網(wǎng)組件圖44柵網(wǎng)實現(xiàn)波極化的原理圖Ｐｒ1為垂直柵網(wǎng)，Pr2為水平柵網(wǎng)，當(dāng)輻射喇叭Pr0轉(zhuǎn)角４5°后,輻射波的場分為E∥與Ｅ⊥兩個分量，Pr1則反射Ｅ⊥分量，而Ｅ∥分量透過垂直柵網(wǎng)被吸收;Pr２則反射E∥分量，而E⊥分量透過水平柵網(wǎng)被吸收.這是轉(zhuǎn)動接收喇叭Ｐｒ3,當(dāng)Pr３喇叭E面與垂直柵網(wǎng)平行時收到E⊥波。經(jīng)幾次調(diào)整輻射喇叭Pr0的轉(zhuǎn)角使Pr３接收到的｜E∥｜=｜E⊥|，實現(xiàn)了圓極化的幅度相等要求。然后接收喇叭Pr3在E⊥與E∥之間轉(zhuǎn)動，將出現(xiàn)任意轉(zhuǎn)角下的｜Eα｜≤｜E∥|（或|Ｅ⊥｜）。這時改變Pｒ２水平柵網(wǎng)位置，使Ｐr3接收的波具有|Eα｜＝|E∥｜=|E⊥｜，從而實現(xiàn)了E∥與E⊥兩個波的相位差為±9０°，得到圓極化波。由于測試條件所限，|Eα｜與｜E∥｜、|Ｅ⊥｜不可能完全相等，Ｐr3轉(zhuǎn)角0°～360°時,總會出現(xiàn)檢波電壓的波動，這時雖有Emiｎ/Emaｘ∝≥0.9３，即橢圓度為0．9３?？梢哉J(rèn)為基本上實現(xiàn)了圓極化波的要求.1）系統(tǒng)構(gòu)建指南：如圖4５,使ＤH９26B型微波分光儀兩喇叭口面互成9０°，半透射板與兩喇叭軸線互成4５°，將讀數(shù)機構(gòu)通過它本身上帶有的兩個螺釘旋入底座上相應(yīng)的旋孔，使其固定在底座上。將DH9２6ＡＤ型數(shù)據(jù)采集儀提供的ＵＳＢ電纜線的兩端根據(jù)具體尺寸分別連接到數(shù)據(jù)采集儀的USB口和計算機的UＳB口，此時，DH926ＡＤ型圖45柵網(wǎng)實驗數(shù)據(jù)采集儀的ＵSＢ指示燈亮（藍色),表示已連接好。然后打開ＤH926AＤ型數(shù)據(jù)采集儀的電源開關(guān),電源指示燈亮（紅色）,將數(shù)據(jù)采集儀的通道電纜線兩端分別連接到ＤＨ９26B型微波分光儀接收喇叭的光柵通道插座和數(shù)據(jù)采集儀的相應(yīng)通道口上（本實驗應(yīng)用軟件默認(rèn)為通道3)。首先，將垂直(或水平）柵網(wǎng)Pr1插在平臺上，另一個與之垂直的柵網(wǎng)—-水平（或垂直）柵網(wǎng)Ｐｒ2插在讀數(shù)機構(gòu)上，用我們提供的鋼板尺測量一下半透射板到兩個柵網(wǎng)的距離，調(diào)整讀數(shù)機構(gòu)直至半透射板到兩個柵網(wǎng)的距離相等。然后，將輻射喇叭Pr0旋轉(zhuǎn)45°后，先用我們提供的全吸收板掛在水平（或垂直）柵網(wǎng)前，將其遮擋,開啟ＤH１１２1B型三厘米固態(tài)信號源。如果遮擋的是水平柵網(wǎng)，將接收喇叭Pr３口面平行地面放置；如果遮擋的是垂直柵網(wǎng),將接收喇叭Pｒ３口面垂直地面放置。適當(dāng)左右調(diào)整未被遮擋的柵網(wǎng)觀察DH926AＤ型數(shù)據(jù)采集儀表頭指示，使表頭指示取得原指示附近的最大值,此時,將柵網(wǎng)下支柱的撥棍螺釘旋緊，并記錄下DH926ＡD型數(shù)據(jù)采集儀表頭指示.此后，將全吸收板從水平（或垂直）柵網(wǎng)前取下，將其掛在另一個柵網(wǎng)——垂直（或水平）柵網(wǎng)前，將其遮擋，接收喇叭Ｐr3口面放置同上。適當(dāng)左右調(diào)整未被遮擋的柵網(wǎng)觀察DＨ926AD型數(shù)據(jù)采集儀表頭指示，使表頭指示取得原指示附近的最大值，對比此時的最大值和您之前記錄的DＨ926AD型數(shù)據(jù)采集儀表頭指示值，若不相同，適當(dāng)改變輻射喇叭Pｒ0的角度.然后,重復(fù)以上字體加粗的步驟.最終的結(jié)果是要使得此時的最大值和您之前記錄的DH926ＡD型數(shù)據(jù)采集儀表頭指示值相同,調(diào)整好后，旋緊柵網(wǎng)下支柱的撥棍螺釘.接著,取下全吸收板，旋轉(zhuǎn)接收喇叭Pr３口面，使其分別處于與地面水平、垂直狀態(tài)，觀察數(shù)據(jù)采集儀表頭指示，應(yīng)使兩個指示值基本相同,才能滿足圓極化波|E∥|=｜E⊥|的要求。若兩次表頭指示不同，適當(dāng)調(diào)整輻射喇叭Pｒ0的角度,務(wù)必使兩個指示值基本相同，方能實現(xiàn)圓極化的幅度相等要求。最后，改變Pr2水平(或垂直）柵網(wǎng)位置，使接收喇叭Ｐｒ３接收的波具有｜Ｅα｜=｜E∥|=|Ｅ⊥|,此時,旋轉(zhuǎn)接收喇叭Pr3到任意角度,DH9２6AD型數(shù)據(jù)采集儀表頭指示值基本相同，從而實現(xiàn)了E∥與E⊥兩個波的相位差為±9０°，得到圓極化波。２）軟件指南:軟件操作也與上述七個實驗操作基本相同，如果當(dāng)前界面為系統(tǒng)“主菜單”，選擇菜單項“微波物理實驗"的第八個子菜單項“極化波的產(chǎn)生/檢測”,屏幕上會出現(xiàn)“建議采集點數(shù)”和“建議采集通道”提示框，單擊“OK"按鈕，進入“采集點數(shù)和通道選擇”界面，您可根據(jù)之前的提示信息選擇“采集點數(shù)和通道號”。此處選擇的“通道號及采集點數(shù)"與偏振實驗類似。所不同的是您的采集過程需在您已將本系統(tǒng)調(diào)整成滿足圓極化幅度相等的條件后方可開始,在您適當(dāng)調(diào)整Pr2水平（或垂直）柵網(wǎng)位置后,點擊“開始采集”按鈕,選擇“開始新的采集"按鈕，順時針或逆時針（但只能沿一個方向）勻速轉(zhuǎn)動接收喇叭Pr3，在顯示屏上通過采集的圖形觀察接收喇叭Pｒ3在任意角度時的幅度變化,若差別很大，需要重新調(diào)整Ｐr2水平（或垂直）柵網(wǎng)位置,然后重新開始采集工作，直到采集的圖形幅度變化不明顯為止，此時，得到圓極化波.HYPERLINK\l"目"實驗九、圓極化波左旋／右旋:DH300０2型電磁波極化天線（如圖46)是電磁波綜合測試組件之一，它是用來使電磁波極化的元件,它與DH926B型微波分光儀配套使用?？捎糜诙喾N電磁波實驗，產(chǎn)生圓極化波，做圓極化波反射和折射特性的實驗。適合于高等院校做教學(xué)實驗。電磁波極化天線是由方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換、介質(zhì)圓波導(dǎo)和圓錐喇叭連接而成。圖46ＤH３0002型電磁波極化天線介質(zhì)圓波導(dǎo)可做3６０o旋轉(zhuǎn),并有刻度指示轉(zhuǎn)動的角度，當(dāng)TＥ１０波經(jīng)方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換到圓波導(dǎo)口面時則過渡為ＴＥ11波，并在介質(zhì)圓波導(dǎo)內(nèi)分成兩個分量的波，即垂直介質(zhì)片平面的一個分量和平行介質(zhì)面的一個分量。產(chǎn)品設(shè)計為頻率在937０ＭHz左右，使兩個分量的波相位差90ｏ,適當(dāng)調(diào)整介質(zhì)圓波導(dǎo)（亦可轉(zhuǎn)動介質(zhì)片）的角度使兩個分量的幅度相等時則可得到圓極化波。圖46ＤH３0002型電磁波極化天線當(dāng)圓極化波輻射裝置方圓波導(dǎo)(如圖４７）使TＥ１0的EＹ波過渡到TＥ1１成為ＥR波后，在裝有介質(zhì)片的圓波導(dǎo)段內(nèi)分成Eｔ和En兩個分量的波，因Et和En的速度不同，即Vc=Vn>Ｖt＝VC/，當(dāng)介質(zhì)片的長度Ｌ取得合適時，使En波的相位超前Eｔ波的相位90?，這就實現(xiàn)了圓極化波相位條件的要求;為使En與Ｅt的幅度相等，可使介質(zhì)片的方向跟Y軸之間夾角為α=45?，若介質(zhì)片的損耗略去不計，則有Ｅｔm=Enｍ=1/Ｅrm，實現(xiàn)了圓極化波幅度相等條件的要求(有時需稍偏離45?以實現(xiàn)幅度相位的要求）.為了確定圓極化波右旋、左旋的特性把轉(zhuǎn)到方向符合右手螺旋規(guī)則的波，定為右旋圓極化波；把轉(zhuǎn)到方向符合左手螺旋規(guī)則的波，定為左旋圓極化波.本組件中介質(zhì)片長度L已定在適合于93７0ＭHz5０ＭHz的帶寬范圍內(nèi)工作,其橢圓率0.93。波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，介質(zhì)片與Y軸相垂直(或平行)。作為橢圓極化波工作時,介質(zhì)片與Y軸夾角可在α=0~45?之間。圖47圓極化波輻射（或接收）裝置１）系統(tǒng)構(gòu)建指南：系統(tǒng)構(gòu)建時，如圖48,將ＤH９２6B型微波分光儀發(fā)射端喇叭換成ＤH3００0２型電磁波極化天線，即如圖４4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)換仍連接微波分光儀的衰減器和DH1１２1B型三厘米固態(tài)信號源的振蕩器)；DH９26Ｂ型微波分光儀的接收喇叭（矩形喇叭）口圖４8圓極化波左旋/右旋實驗面應(yīng)與ＤH30００2型電磁波極化天線（圓錐喇叭）口面互相正對,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分別指于工作平臺的90刻度或0-180刻度處.此時，察看ＤＨ112１B型三厘米固態(tài)信號源和DH926AD型數(shù)據(jù)采集儀的電源是否開啟，若為開啟，將其開啟.將輻射喇叭（圓錐喇叭）旋轉(zhuǎn)45°,其內(nèi)部介質(zhì)片也隨之旋轉(zhuǎn),內(nèi)部介質(zhì)片應(yīng)與喇叭垂直軸線成45°,此時，理論上實現(xiàn)了圓極化波幅度相等條件的要求。察看ＤＨ926AD型數(shù)據(jù)采集儀表頭指示，同時，旋轉(zhuǎn)ＤＨ9２6Ｂ型微波分光儀的接收喇叭（矩形喇叭),如果數(shù)據(jù)采集儀表頭指示在微波分光儀的接收喇叭旋轉(zhuǎn)到任一角度時基本接近,就實現(xiàn)了用DＨ3０002型電磁波極化天線得到了圓極化波；但如果表頭指示差別很大,適當(dāng)調(diào)整輻射喇叭（圓錐喇叭)的角度,直到接收喇叭旋轉(zhuǎn)到任一角度時數(shù)據(jù)采集儀表頭指示接近。此時，我們可以根據(jù)圓極化波右旋、左旋的特性來判斷右旋、左旋圓極化波。2)軟件指南：軟件操作也與上述八個實驗操作基本相同,如果當(dāng)前界面為系統(tǒng)“主菜單”,選擇菜單項“微波物理實驗”的第九個子菜單項“圓極化波左旋／右旋”，屏幕上會出現(xiàn)“建議采集點數(shù)"和“建議采集通道"提示框，單擊“OＫ”按鈕，進入“采集點數(shù)和通道選擇”界面，您可根據(jù)之前的提示信息選擇“采集點數(shù)和通道號”.此處選擇的“通道號及采集點數(shù)”與偏振實驗類似。所不同的是您的采集過程需在您已將本系統(tǒng)調(diào)整成滿足圓極化幅度相等的條件后方可開始，點擊“開始采集”按鈕,選擇“開始新的采集”按鈕，順時針或逆時針（但只能沿一個方向）勻速轉(zhuǎn)動DＨ926Ｂ型微波分光儀接收喇叭(矩形喇叭）,在顯示屏上通過采集的圖形觀察接收喇叭在任意角度時的幅度變化，采集的圖形幅度變化不明顯，得到圓極化波，然后，根據(jù)圓極化波右旋、左旋的特性來判斷得到的極化波是右旋或左旋圓極化波。HYPERＬINK＼l"目”實驗十、圓極化波反射/折射：用本儀器可以證實右旋圓極化波經(jīng)過反射后成為左旋圓極化波，而折射進入另一媒質(zhì)時仍為右旋圓極化波。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時，接收天線為零(如圖49）.相反亦然。圖4９圓極化波反射/折射特性原理圖1)系統(tǒng)構(gòu)建指南：在上述第九個實驗的基礎(chǔ)上，即ＤＨ92６B型微波分光儀發(fā)射端喇叭——DＨ３０0０2型電磁波極化天線(圓錐喇叭）在調(diào)整形成圓極化波的基礎(chǔ)上,將微波分光儀接收端喇叭（矩形喇叭）也更換成ＤH30002型電磁波極化天線（圓錐喇叭),并使圓錐喇叭連接方式同原矩形接收喇叭連接(圓錐喇叭的方圓波導(dǎo)轉(zhuǎn)換仍連接微波分光儀的檢波器）；接收與發(fā)射喇叭（ＤH30002型電磁波極化天線）口面互相正對，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分別指于工作平臺的90刻度處。將支座放在工作平臺上，并利用平臺上的定位銷和刻線對正支座,拉起平臺上四個壓緊螺釘旋轉(zhuǎn)一個角度后放下，即可壓緊支座.將半透射板放到支座上時，應(yīng)使半透射板平面與支座下面的小圓盤上的０-180這對刻線一致，這時小平臺上的90刻度就與半透射板的法線方向一致。如圖50。圖50圓極化波反射/折射轉(zhuǎn)動微波分光儀的小平臺，使固定臂指針指在某一刻度處，這刻度數(shù)就是入射角度數(shù)，然后勻速轉(zhuǎn)動活動臂，觀察ＤH92６AD型數(shù)據(jù)采集儀的表頭指示，以此來證實右旋圓極化波經(jīng)過反射后成為左旋圓極化波,而折射進入另一媒質(zhì)時仍為右旋圓極化波。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時,接收天線為零。入射角最好取30°至６５°之間，因為入射角太大或太小接收喇叭有可能直接接收入射波。做這項實驗時應(yīng)注意系統(tǒng)的調(diào)整和周圍環(huán)境的影響。2）軟件指南：軟件操作也與上述八個實驗操作基本相同，如果當(dāng)前界面為系統(tǒng)“主菜單"，選擇菜單項“微波物理實驗"的第十個子菜單項“圓極化波反射/折射”，屏幕上會出現(xiàn)“建議采集點數(shù)”和“建議采集通道”提示框，單擊“ＯK”按鈕，進入“采集點數(shù)和通道選擇”界面,您可