电磁场与电磁波试验报告

中南大学信息科学与工程学院 课题名称： 学 班 学 姓 院： 级： 号： 名： 电磁场与电磁波实验报告 信息科学与工程学院 通信工程1201 07 苏文强 指导老师： 陈宁 实验一实验一 电磁波反射实验电磁波反射实验 一一 实验目的实验目的 1. 掌握微波分光仪的基本使用方法； 2. 了解3cm 信号源的产生、传输及基本特性； 3. 验证电磁波反射定律。 二二 预习内容预习内容 电磁波的反射定律 三三 实验原理实验原理 微波与其它波段的无线电波相比具有：波长极短，频率很高，振荡周期极短 的特点。微波传输具有似光特性，其传播为直线传播。电磁波在传播过程中如遇到障碍物， 必定要发生反射。 本实验以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到 此金属板上所遵循的反射定律， 即： 反射电磁波位于入射电磁波和通过入射点的法线所决定 的平面上反射电磁波和入射电磁波分别位于法线两侧； 反射角θr等于入射角θi。 原理如 图所示。 图 四四 实验内容与步骤实验内容与步骤 1. 调整微波分光仪的两喇叭口面使其互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两 喇叭位置的指针分别指于工作平台的0-180 刻度处。将支座放在工作平台上，并利用平 台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压 紧支座。 2. 将反射全属板放到支座上，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的90-90 这对刻线一 致，这时小平台上的0 刻度就与金属板的法线方向一致。将金属板与发射、接收喇叭锁 定，以保证实验稳定可靠。 3. 打开信号源开关，将三厘米固态信号源设置在:“电压”和“等幅”档。 4. 调节可变衰减器，使得活动臂上微安表的读数为满量程的80%左右。 5. 转动微波分光仪的小平台， 使固定臂指针指在刻度为30 度处， 这个角度数就是入射角度 数，然后转动活动臂，使得表头指示最大，此时活动臂上指针所指的刻度就是反射角度 数，记下该角度读数。如果此时表头指示太大或太小，应调整微波分光仪中的可变衰减 器或晶体检波器，使表头指示接近满量程的80%做此项实验。 6. 然后分别将固定臂指针指在刻度为40 度、45 度、50 度、60 度、80 度处，重复上述操 作，并记下相应的反射角读数以及最大电流读数。 五五 实验数据记录及处理实验数据记录及处理 当f = 时 入射角θi （度） 反射角θr （度） 304045506080 最大电流 （μA） 当f=时 入射角θi （度） 反射角θr （度） 最大电流 （μA） 587078868892 304045506080 41445979 576464787768 六六 实验注意事项实验注意事项 如果表头指示太大或太小，应调整微波分光仪微波系统中的可变衰减器，使表头指示 接近满量程的80%80%做此项实验。 七七 实验思考题实验思考题 周围环境哪些因素会影响到本次实验结果的精度 1．仪器误差：发射天线和接收天线不能调到绝对的水平和垂直，因此也得不到 绝对的水平极化波和垂直极化波；反射金属板不是绝对的平面，也影响入射 角和反射角的大小。 2．人为操作误差：操作仪器时，读数时都会存在一定误差 3．周围仪器发射电磁波影响误差：影响电流表示数，也就影响电流极大是的反 射角大小。 4．由于误差较小，在允许范围内。 心得与体会心得与体会 相对来说，此电磁波反射实验是一个对周围环境因素要求较高的实 验，这就在无形中提高了在实验过程中对实验者各个方面的要求指标。 实验过程是对我们课本中的理论知识进行验证的过程，所以我们必须认 认真真、仔仔细细的对待实验。实验是建立在理论的基础上的对知识的 升华，是对已有知识的一种实践，我们每个人都应给予其相应的重视， 粗心大意、马虎不得。还有，实验难点在于重温习电磁波的反射定理， 其次主要是熟悉 S426 型分光仪的使用。另在本实验实验组之间的相互干 扰严重，实验仪器误差较大，应该认真的操作，细心的观察。 实验二实验二 单缝衍射实验单缝衍射实验 一一 实验目的实验目的 1．了解微波分光仪的结构，学会调整它并能用它进行实验。 2．进一步认识电磁波的波动性，测量并验证单缝衍射现象的规律。 二二 预习内容预习内容 电磁波的特性和衍射原理 三三 实验原理实验原理 φ a 图 单缝衍射原理 如图，当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时， 就要发生衍射的现象。 在缝后 面出现的衍射波强度并不是均匀的， 中央最强，同时也最宽。在中央的两侧衍射波强度迅速 减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时衍射角为sin 1− λ = min φ ， 其中λ 是波长，a是狭缝宽度。两者取同一长度单位，然后，随着衍射角增大，衍射波强  3   φ max  Sin1  •   2  度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为： 实验仪器布置如图，仪器连接时，预先接需要调整单缝衍射板的缝宽， 当该板放到支座 上时， 应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致， 此刻线应与工作平台上的90 刻度的一对线一致。 转动小平台使固定臂的指针在小平台的 180°处， 此时小平台的 0刻度 就是狭缝平面的法线方向。 这时调整信号电平使表头指示接近满度。 然后从衍射角0°开始， 在单缝的两侧使衍射角每改变2°读取一次表头读数，并记录下来，这时就可画出单缝衍射 强度与衍射角的关系曲线， 并根据微波波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角， 并与 实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。 此实验曲线的中央较平， 甚至还有稍 许的凹陷，这可能是由于衍射板还不够大之故。 图 单缝衍射仪器配置 四四 测量方法与步骤测量方法与步骤 1．打开DH1121B 的电源； 2．将单缝衍射板的缝宽a调整为70mm 左右，将其安放在刻度盘上， 衍射板的边线与刻度盘 上两个90对齐；° 3． 调整发射天线使其和接收天线对正。 转动刻度盘使其180°的位置正对固定臂 （发射天线） 的指针，转动可动臂 （接收天线）使其指针指着刻度盘的0°处，使发射天线喇叭与接收 天线喇叭对正； 4．依次微调发射喇叭、衍射板、接收喇叭，使衍射强度分布的中央极大位于 0°，调节发射 和接收衰减器， 使中央极大值的信号电平处于80—90μΑ； 在± 500 的范围内转动接收 天线，观察衍射强度分布，认为分布合理后开始测量。 5． 将微波分光仪的活动臂转到衍射角为－50°后开始读数， 衍射角每改变2°读取一次微安 表的读数并作好记录，一直读到衍射角为＋50°。 6． 作出单缝衍射的相对强度与衍射角的关系曲线（以衍射角为横轴，电流值P I为纵 轴），确定出极大和极小衍射角的实验值。 五五 实验数据记录及处理实验数据记录及处理 1.单缝衍射 单缝宽a= 70mm，微波波长λ = 32mm ϕ （°） I （μA） -50-48-46-44-42-40-38-36-34-32-30-28-26 0 -24 0 -22 2 -20 5 -18 6 -16 1 -14 0 -12 1 -10 2 -8 2 -6 2 -4 1 -2 2 0 ϕ （°） I （μA） 0 0 1 2 3 4 12 6 2