电磁场实验大纲及指导说明书教材

'电磁场与电磁波”和“微波技术” 课内实验大纲及实验指导书

唐万春，车文荃编制

陈如山审定

南京理工大学通信工程系

2006 年12 月

目录

1．“电磁场与电磁波”课内实验大纲2．“电磁场与电磁波”课内实验指导说明书

实验一电磁波参量的测定

实验二电磁波的极化

3．“微波技术”课内实验大纲4．“微波技术”课内实验指导说明书

实验一传输线的工作状态及驻波比测量

实验二微波网络散射参量测试

5．电磁场与电磁波”和“微波技术”课内实验评分标准

南京理工大学

实验教学大纲

课程名称：电磁场与电磁波

开课实验室：电磁场与微波技术头验至执笔人：唐万春

审疋人：陈如山

修（制

）订日期：2005年4月

由学校出版、印刷的实验教材（或指导书），统一写作“南京理工大学出版”

“电磁场与电磁波”

课内实验指导书

唐万春编写

南京理工大学通信工程系

二00六年十二月

实验一电磁波参量的测定实验

1.实验目的

a）观察电磁波的传播特性。

b）通过测定自由空间中电磁波的波长，，来确定电磁波传播的相位常数k 和传播速度V。

c）了解用相干波的原理测量波长的方法。

2.实验内容

a）了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点、线路结构、使用方法。

b）测量信号源的工作波长（或频率）。

3. 实验原理与说明

a) 所使用的实验仪器分度转台晶体检波器可变衰减器喇叭天线反射板

固态信号源微安表实验仪器布置图如下：

晶体检波器£

图1实验仪器布置图

参阅图1。固态信号源所产生的信号经可变衰减器至矩形喇叭天线，由喇叭天线辐射出去，在接收端用矩形喇叭天线接收，接收到的信号经晶体检波器后通过微安表指示。

b)原理

本实验利用相干波原理，通过测得的电磁波的波长，再由关系式

2兀m「国

k —, v 二’f

九k

得到电磁波的主要参量k，v等。

实验示意图如图2所示。图中P ro、P r1、P r2和P r3分别表示辐射喇叭、固定反射板、可动反射板和接收喇叭，图中介质板是一30 30(mm)2的

玻璃板，它对电磁波进行反射、折射后，可实现相干波测试

图2实验示意图

当入射波以入射角二向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波E和折射波E。设入射波为垂直极化波，用R_表示介质板的反射系数，用T」、T上分别表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。另外固定的和可动的金属反射板的反射系数均为-1。在一次近似的条件下，接收喇叭P r3处的相干波分别为：

巳一-RJ〉T_E e j

E2 - -RT_T^E 2

即两者幅度相等，相位差为(1-「2)，其中

■ 1 = k(L o ■ L“)= kL i

2 - k(L

r2

L

r1

) ~k(L^ -1 L r 1^ ~ kL2

设入射波为

:

从而可得

.■: L 二L2 - L i 二.・：1

因L^L o - L ri为固定值，而L2JT是可改变的，改变可动反射板P r2 位置而取不同的L2值，可使行程相位差为90。当.：l的值使P r3为最大输出时，必有E厂与E2-同相叠加。若E-与E2-反相时，则P r3输出指示为零。因此可以通过改变P r2的位置即改变l值，实现P r3输出最大与零的重复出现，从而测出电磁波的波长■和相位常数k。有关表达式可推导如下

E^E-- E2」RJ」T_；E （e“ 1：e」2）

=—2RJ」T_E cos（〒）e」（1：2）2

式中二丨h -：r2—L2）r k.l l

为了测准波长，值，一般采用P r3为零指示办法，即

的

cos 0

2

十丄兀I.,

或（2n 1）—, n=0,1,2"l

2 2

这里n =0,1刘（表示相干波E、0的节点，而除零以外的n值，又表示相干波合成驻波的半波长数，故n=0时，出现E- = 0，在P r2处记为I o。又因.厂=—.：|，故得（2^ I ，或：2 ：l =（2n 1）'。为确定相

干波节点，可把波形图表示于图3上。

图3波形图

n =0, 2厶1 =2(L r2 -L o ) = '( = l o ), 得第一个波节点位置 1

可见，当波节点总数为（n1）时，P r2上移动的总距离为（I N -I 。），它相当

就可得到所测电磁波的参量 > k 、v 等值。可见测试波长，所用公式 得出的是平均值。从理论上讲，n 值越大，测出的■值精度应越高。

实际测试时，一般取n=4已足够，这时相应于5个波节点，所测 的波长为

:204 — I o ）

扎=

4

它表示5个波节点的距离（14 -l o ），相应于4个半波长。由于被测场E- 处于近区

场范围内，不仅影响着驻波节点位置均匀分布， 而且使波幅

n =1, 2「：1 =2仏 一10)

得第二个波节点位置l i

n 二 N, 2.：1 =2心-I NI )=',

得第N 个波节点位置I N

于n 个半波长数。即:

2(l N _ lo) = n ，，故

:

值也有起伏。

4.实验步骤

a）了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点、线路结构、使用方法。

b）测量电磁波的波长。

首先调整好电磁波综合测试仪，使其能正常工作。然后测出电磁波的波长，根据测出的值，得到电磁波的重要参量k,由k值可计算出传播速度

2 二 f 1

v c

k；o

C）用波长计（或频率计）测出信号源的工作波长（或频率）。

把测试值填入表1中。如采用3cm标准信号源，则可改变信号源工作频率f o （即改变-0）。由以上实验内容，得到相应的电磁波参量■, k, v，并与-o, k o, v o 作比较（如使用该仪器本身的固态信号源，它已调定在一个固定频率f o上工作，故v及k不能改变）。