北郵_電磁場電磁波實(shí)驗(yàn)報(bào)告合集版

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

2、磁場中的某些鐵氧化體材料對于來自不同方向的電磁波有著不同吸收，經(jīng)過適當(dāng)調(diào)節(jié)，可使其對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)（波長表）電磁波通過耦合孔從波導(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，通過波導(dǎo)中的電磁波

3、信號強(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)寬壁中心的無輻射縫作縱向移動(dòng)，通過調(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，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.選頻放大器用于測量微弱低頻信號，信號經(jīng)升壓、放大，選出1kHz附近的信號，經(jīng)整流平滑后輸出級輸出直流電平，由對數(shù)放大器展寬供給指示電路檢測。三、實(shí)驗(yàn)方法和步驟：1.觀察測量系統(tǒng)的微波儀器連接裝置，衰減器，波長計(jì)，波導(dǎo)測量線的結(jié)構(gòu)形式。2.熟悉信號源的使用先將信號源的工作方式選為：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.熟悉諧振腔波長計(jì)的使用方法；微波的頻率測量是微波測量的基本內(nèi)容之一。其測量方法有兩種：（1）諧振腔法；（2）頻率比較法。本實(shí)驗(yàn)采用諧振腔法。由于波長和平率直接滿足關(guān)系，所以頻率和波長的測量是等效的。吸收式波長計(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；本實(shí)驗(yàn)采用了吸收式波長計(jì)測量信號源頻率從，為了確定諧振頻率，用波長表測出微波信號源的頻率。具體做法是：旋轉(zhuǎn)波長表的測微頭，當(dāng)波長表與被測頻率諧振時(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)，讀出波長表測微頭的讀數(shù)，再從波長表頻率與刻

6、度曲線上查出對應(yīng)的頻率；5.按實(shí)驗(yàn)書框圖連接微波實(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，讀出此處波長計(jì)的刻度值；8.按照波長計(jì)的刻度值去查找“波長計(jì)-頻率刻度對照表”，就可以得到對應(yīng)的信號源頻率值；9.改變信號頻率，從8.6G開始測到9.6G，每隔0.1G測量一次，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：信號源頻率值/GHZ波長表讀數(shù)查表得到頻率信號源誤差誤差（%）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為信號源頻率值；f1為查表得到頻率；f=|f0-f1|為信號源誤差。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)波長表的測微頭，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)為電磁場與微波測量實(shí)驗(yàn)的第一個(gè)實(shí)驗(yàn)：微波測量系統(tǒng)的使用，這個(gè)實(shí)驗(yàn)較為簡單，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，因而在對儀器的了解與掌握上花了一點(diǎn)時(shí)間，不過經(jīng)過努力，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)康恼莆諄碜噪p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波波源。由兩縫發(fā)出的次級波是相干波，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刻線一致，此刻線應(yīng)與工作平臺(tái)上的900刻度的一對線一致。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、 按信號源操作規(guī)程接通電源，調(diào)節(jié)衰減器使信號電平讀數(shù)指示接近滿度。6、從衍射角00開始，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（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)射波或通過板的邊緣過來的波，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)測得一級極大干涉角在20º附近，一級極小干涉角在29º附近。

12、=32mm，代入公式得理論值一級極大干涉角=sin-1a+b=sin-132120=15.47º，一級極小干涉角=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)測量得一級極大干涉角在20º附近，一級極小干涉角在34º附近。 若用理論值=32mm計(jì)算，代入公式得理論值一級極大干涉角=sin-1a+b=sin-132100=18.66º，一級極小干涉角=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)測量得一級極大干

15、涉角在23º附近，一級極小干涉角在38º附近。 若用理論值=32mm計(jì)算，代入公式得理論值一級極大干涉角=sin-1a+b=sin-13280=23.58º，一級極小干涉角=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)一級極大與一級極小實(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)一級極大與一級極小實(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)對實(shí)驗(yàn)結(jié)果造成影響，測量造成的誤差對實(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)果的變化趨勢如何？答：若b趨近于0，則干涉現(xiàn)象越來越不明顯，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的測量方法二，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。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：=2*(D4-D1)/31(mm)2(mm)3(mm)D17.8547.5677.866D224.78925.23325.102D341.23442.13942.361D459.21860.10260.145波長/mm34.24335.02334.853波長平均值/mm34.706（2）計(jì)算傳播常數(shù)K=2/=181.04誤差分析：理論上波長應(yīng)為32mm，測出的波長為34.706mm，比理論值大，但考慮到測量誤差及周圍環(huán)境對實(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）測量波長時(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)確測量波長

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，衰減較大，所以，產(chǎn)生的干涉不是十分的明顯。測量可能不夠準(zhǔn)確。（2）如何測量全折射？將分光儀接受喇叭正對發(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)度開始為零時(shí)所對應(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，它的電場強(qiáng)度矢量E和波長的傳播方向垂直。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），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