实验一 电磁波参量的研究

实验一 电磁波参量的研究

1． 实验目的：

（1）在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性如E

、H

和S

互

相垂直。

（2）熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，并确定电磁波的相位常数β和波速υ。

（3）了解电磁波的其他参量，如波阻抗η等。

2.实验仪器：

（1） DH1211型3cm 固态源1台

（2） DH926A 型电磁 波综合测试仪1套 （3） XF-01选频放大器1台 （4） PX-16型频率计 3.实验原理

两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内以相同（或相反）方向传播时，由于初始相位不同，它们相互干涉的结果，在传播路径上，形成驻波分布。我们正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间电磁波波长λ的值，再由

2π

βλ

=

（1-3-1）

f υλ==

2π

β

得到电磁波的主要参数：β、υ等

我们用图 1.1来说明自由空间内电磁波波长λ值的测试原理。设入射波为:0j i i E E e βγ-=

当入射波以入射角1θ向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波i E 。设入射波为垂直极化波，用R ⊥表示介质板的反射系数，用0T ⊥和T ε⊥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，可动板2r P 和固定板1r P 都是金属板，其电场反射系数为-1，在一次近似的条件下，接受喇叭3r P 处的相干波分别为：

1

10j r i E R T T E e

φε-⊥⊥⊥=- 1131()r r L L L φββ=+=

2

20j r i E R T T E e

φε-⊥⊥⊥=- 22331

()()r r r r L L L L L φββ=+=++ 其中，21L L L ∆=-

又因1L 是固定值，2L 则随可动板位移L 而变化。当2r P 移动L 值时，使3r P 具有最大输出指示时，则有1r E 和2r E 为同相叠加；当2r P 移动L 值，使3r P 具有零值输出指示时，必有1r E

和2r E 反相。故可采用改变2r P 的位置，使3r P 输出最大或零指示重复出现。从而测出电磁波的波长λ和相位常数β。下面用数学式来表达测定波长的关系式。 在3r P 处的相干波合成 1

2

1210()i i r r r i E E E R T T E e e φφε--⊥⊥=+=-+

或写成 12

(

)

12

2

102cos()2

j r i E R T T E e

φφεφφ+-⊥⊥-=- 式中12L

φφφβ=-= （1-3-2）

为测准入值，一般采用 3r P 零指示办法 ，即

cos()0

2

φ

=或

(21)

2

2

n φπ

=+ n=0.1.2….. 这里n 表示相干波合成

驻波场的波节点（0r E =）处。同时，除n=0以外的n 值，又表示相干波合成驻波的半波长数。将n=0时0r E =的驻波节点作为参考位置0l

又因2π

φλ

λ

=

（1-3-3）

故2(21)n L

π

πλ

+=

或2(1)l n λ∆=+（1-3-4）

有式（1-3-4）可知，只要]确定驻波节点位置及波节数，就可方便地确定λ值。相干波1r E 与2r E 的分布如图1-3-2所示，图中n=0的节点处0l 作为第一个波节点，对其他n 值则有n=1,1022()l l l λ∆=-=,对应第二个波节点，或第一个半波长数。

n=2, 2122()l l l λ∆=-=,对应第三个波节点，或第二个半波长数。 n=3, 3222()l l l λ∆=-=,对应第四个波节点，或第三个半波长数。 n=n ，122()n n l l l λ-∆=-=,对应第n+1个波节点，或第n 个半波长数。 把以上各项相加，取波长数的平均值得02()n l l n λ-=即02()

n l l n

λ-=

（1-3-5）

把式（1-3-5）代入式（1-3-1）就可得到被测电磁波的参量λ、β、υ等值。

事实上，可动板移动时，不可能出现无限多个驻波节点。测试时，一般取n=4已足够，它表示在5个波节点距离内，（4l -0l ）相应于4个半波长。从而测得该距离内波长平均值。从理论上讲，n 值越大，测出λ值的精度应越高。由于3r P 所测得的合成驻波场，处于进区场分布的范围内，因此，2r P 的移动，不仅影响驻波节点位置均匀分布，而且驻波幅度也有起伏。 3.实验内容

（1） 了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点，使用方法，特别要熟悉与掌握

利用相干波原理测试电磁场波长的方法。 （2） 了解32cm 固态源的使用方法和正确操作，

（3） 仪器工作正常后，观察电磁波E

、H

和S

三者符合右手螺旋规则，向3r P 传

播的波应有：ˆy E yE = ，ˆx H xH =- ，2

2

ˆˆy

x E S E H z H z ημ

=⨯==

（4） 测λ值。移动可动板2r P ，并测出n l 值。根据测出的0l 与n l 及n 值，计算λ、

β、υ值。

（5） 用PX-16频率计测出信号源工作波长（00

c f λ=），并与被测电磁波的波长

λ进行比较。

把相关测试数据的波长填入表1-3-1中

（1） 实验目的 （2） 实验数据表

（3） 比较信号源工作波长（00

c f λ=

）与自由空间波长λ之间的差别，分析原

因。

（4） 思考题，用相干波测电磁波波长时，图1-3-1中的介质板放置位置若转

90

，将出现什么现象？这是能否测准λ值？为什么？