电磁场与电磁波实验报告-反射实验和极化波的产生与检测.doc

1、内 蒙 古 工 业 大 学 信 息 工 程 学 院实 验 报 告课程名称： 电磁场与电磁波 实验名称： 反 射 实 验 和 极 化 波 的 产 生 与 检 测 实验类型： 验 证 性 综 合 性 设 计 性 实验室名称： 电磁场与电磁波实验室 班 级 ： 电 子 10-1 班 学 号 ： 201010203008姓 名 ： 苏 宝 组 别 ： 同 组 人 ： 成 绩 ： 实 验 日 期 ： 2013 年 5 月 21 电磁场与电磁波实验实验一：反射实验实验目的熟悉 DH926AD 型数据采集仪、DH926B 型微波分光仪的使用方法掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法实验设备与仪器DH926AD

2、型数据采集仪DH926B 型微波分光仪DH1121B 型三厘米固态信号源金属板实验原理电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处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，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。如图所示， 平行极化的均匀平面波以角度 入射到良介质表面时，入射波、反射波和折射波可用下列式子表示为E+Et E- zxH+ H-Ht平行极化波的斜入射示意图实验内容与步骤系统构建时，如图 1，开启 DH1121B 型三厘米固态信号源。DH926B 型微波分光仪的两喇叭口面应互

3、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。反射全属板放到支座上时，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 DH926AD 型数据采集仪提供的 USB 电缆线的两端根据具体尺寸分别连接图 1 反射实验到数据采集仪的 USB 口和计算机的 USB 口，此时，DH926AD 型数据采集仪的 USB 指示灯亮（蓝色） ，表示已连接好。然后打开 DH926AD

4、型数据采集仪的电源开关，电源指示灯亮（红色） ，将数据采集仪的通道电缆线两端分别连接到 DH926B 型微波分光仪分度转台底部的光栅通道插座和数据采集仪的相应通道口上（本实验应用软件默认为通道 1） 。最后，察看 DH1121B 型三厘米固态信号源的“等幅”和“方波”档的设置，将 DH926AD 型数据采集仪的“等幅/方波”设置按钮等同于 DH1121B 型三厘米固态信号源的设置。转动微波分光仪的小平台，使固定臂指针指在某一刻度处，这刻度数就是入射角度数，然后转动活动臂在 DH926AD 型数据采集仪的表头上找到一最大指示，此时微波分光仪的活动臂上的指针所指的刻度就是反射角度数。如果此时表头指

5、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或晶体检波器，使表头指示接近满量程做此项实验。入射角最好取 30至 65之间，因为入射角太大或太小接收喇叭有可能直接接收入射波。做这项实验时应注意系统的调整和周围环境的影响。采集过程中，DH926AD 型数据采集仪的 USB 指示灯连续闪动（蓝色） ，表示采集过程正在继续。应用软件屏幕上的信号灯颜色也随着实验的继续进行红色、绿色切换。您需要顺时针匀速转动 DH926B 型微波分光仪的活动臂，随着活动臂的移动，采集点数依次增加，当您停止移动活动臂，绘图框会保持原来的状态直到您再次开始移动活动臂。这个过程中，您便可在绘图框中实时观察到信号变化（如

6、图 10） 。当采集过程中的已采集的脉冲变化等于您在进入采集过程界面之前设定的采集点数时，屏幕上会出现“此次采集完毕”的采集结束实验结果及分析记录实验测得数据，验证电磁波的反射定律入射角 50，反射角 50，参数 129。129 可能是参考相位不同入射角 60，反射角 60，参数 61.匀速转动 DH926BD 的转盘入射角 50，匀速转动晶体检波器臂，反射角 50，参数 60快速转动转动 DH926BD 的转盘，入射角 40，反射角 40，参数 41快速转晶体臂 （1 ）、从总体上看，入射角与反射角相差较小，可以近似认为相等，验证了电磁波的反射定律。（2 ）、由于仪器产生的系统误差无法避免，

7、并且在测量的时候产生的随机误差，所以入射角不会完全等于反射角，由差值一栏可以看出在 55 度左右的误差最小。越向两边误差越大，说明测量仪器在 55 度的入射角能产生最好的特性。（3）、转动晶体臂和转动 DH926BD 的转盘产生的图形，形状基本相同，但转动晶体臂的图像不好。转动 DH926BD 的转盘的图型较为圆滑标准.（4） 、曲线的幅值一转动速度有关，转动越快越陡峭，而且也越形象，美观。（5） 、转动的快慢还影响图形的周期.越快周期越小. 误差分析：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

8、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。5 数据测的较少，应该多次几组。实验心得体会做了本次实验,验证了的电磁波是符合反射定律的.同时熟悉 DH926AD 型数据采集仪、DH926B 型微波分光仪的使用方法.起初做的实验,并不满足反射定律, 入射角 50，反射角 50，参数129。129 可能是参考相位不同.之后的实验室满足的.在实验中还发现, 曲线的幅值一转动速度有关，转动越快越陡峭，而且也越形象，美观.转动的快慢还影响图形的周期.越快周期越小. 实验中注意

9、方式方法的同时,更要注意细节,因为往往一场战争就输在你的不小心扔了一枚钉子,注意细节固然重要,但一定要养成一个良好的习惯,使我们在今后的学习中减少不必要的错误.通过做这样的实验，激发了我的学习兴趣，尤其是研究一些未知的东西。所以在今后的学习中，善于钻研，不怕困难，敢于尝试一些新鲜又富有挑战的任务，不断学习，不断总结，培养自己的创新能力和综合水平，积累经验，丰富学习生活。电磁场与电磁波实验实验二：极化波的产生/ 检测实验目的熟悉 DH926AD 型数据采集仪、DH926B 型微波分光仪的使用方法了解极化波的产生与检测方法实验设备与仪器DH926AD 型数据采集仪DH926B 型微波分光仪DH11

10、21B 型三厘米固态信号源半透板实验原理DH30003 型栅网组件是由两个栅条方向相差 90的栅网组成。栅网（见图 16）是在一金属框架上绕有一排互相平行的金属丝，以反射平行金属丝的电场，DH30003 型栅网组件与本厂的 DH926B 型微波分光仪组合使用可获得圆极化波。波的极化是用以描述电场强度空间矢量在某点位置上随时间变化的规律。无论是线极化波、圆极化波或椭圆极化波都可由同频率正交场的两个线极化组成。若他们同相（或反相） 、等幅（或幅度不等）其合成场的波认为线极化波；若它们相位相位差为 90，即=90，幅度相等，合成场波为右旋或左旋圆极化波；若它们相位差为 090，幅度相等（或幅度不等）

11、 ，合成场波为右旋或左旋椭圆极化波。图 17 是用栅网组件实现波极化的原理图。图 16DH30003 型栅网组件图 17 栅网实现波极化的原理图Pr1 为垂直栅网，Pr2 为水平栅网，当辐射喇叭 Pr0 转角 45后，辐射波的场分为 E与 E两个分量，Pr1 则反射 E分量，而 E分量透过垂直栅网被吸收；Pr2 则反射 E分量，而 E 分量透过水平栅网被吸收。这是转动接收喇叭 Pr3，当 Pr3 喇叭 E 面与垂直栅网平行时收到 E波。经几次调整辐射喇叭 Pr0 的转角使 Pr3 接收到的|E|=|E|，实现了圆极化的幅度相等要求。然后接收喇叭 Pr3 在 E与 E之间转动，将出现任意转角下的

12、|E|E|（或|E|） 。这时改变 Pr2 水平栅网位置，使 Pr3 接收的波具有|E|=|E|=|E|，从而实现了 E与 E两个波的相位差为90，得到圆极化波。由于测试条件所限，|E|与|E|、|E|不可能完全相等，Pr3 转角 0360时，总会出现检波电压的波动，这时虽有 Emin/Emax 0.93，即椭圆度为maxin/V0.93。可以认为基本上实现了圆极化波的要求。实验内容与步骤如图 45，使 DH926B 型微波分光仪两喇叭口面互成 90，半透射板与两喇叭轴线互成 45，将读数机构通过它本身上带有的两个螺钉旋入底座上相应的旋孔，使其固定在底座上。将 DH926AD 型数据采集仪提供

13、的 USB 电缆线的两端根据具体尺寸分别连接到数据采集仪的 USB 口和计算机的 USB 口，此时，DH926AD 型数据采集仪的 USB 指示灯亮（蓝色） ，图 18 栅网实验表示已连接好。然后打开 DH926AD 型数据采集仪的电源开关，电源指示灯亮（红色） ，将数据采集仪的通道电缆线两端分别连接到 DH926B 型微波分光仪接收喇叭的光栅通道插座和数据采集仪的相应通道口上（本实验应用软件默认为通道 3） 。首先，将垂直（或水平）栅网 Pr1 插在平台上，另一个与之垂直的栅网水平（或垂直）栅网 Pr2 插在读数机构上，用我们提供的钢板尺测量一下半透射板到两个栅网的距离，调整读数机构直至半透

14、射板到两个栅网的距离相等。然后，将辐射喇叭 Pr0 旋转 45后，先用我们提供的全吸收板挂在水平（或垂直）栅网前，将其遮挡，开启 DH1121B 型三厘米固态信号源。如果遮挡的是水平栅网，将接收喇叭 Pr3 口面平行地面放置；如果遮挡的是垂直栅网，将接收喇叭Pr3 口面垂直地面放置。适当左右调整未被遮挡的栅网观察 DH926AD 型数据采集仪表头指示，使表头指示取得原指示附近的最大值，此时，将栅网下支柱的拨棍螺钉旋紧，并记录下 DH926AD 型数据采集仪表头指示。此后，将全吸收板从水平（或垂直）栅网前取下，将其挂在另一个栅网垂直（或水平）栅网前，将其遮挡，接收喇叭 Pr3 口面放置同上。适当

15、左右调整未被遮挡的栅网观察 DH926AD 型数据采集仪表头指示，使表头指示取得原指示附近的最大值，对比此时的最大值和您之前记录的 DH926AD 型数据采集仪表头指示值，若不相同，适当改变辐射喇叭 Pr0 的角度。然后，重复以上字体加粗的步骤。最终的结果是要使得此时的最大值和您之前记录的 DH926AD 型数据采集仪表头指示值相同，调整好后，旋紧栅网下支柱的拨棍螺钉。接着，取下全吸收板，旋转接收喇叭 Pr3 口面，使其分别处于与地面水平、垂直状态，观察数据采集仪表头指示，应使两个指示值基本相同，才能满足圆极化波|E|=|E|的要求。若两次表头指示不同，适当调整辐射喇叭 Pr0 的角度，务必使

16、两个指示值基本相同，方能实现圆极化的幅度相等要求。最后，改变 Pr2 水平（或垂直）栅网位置，使接收喇叭 Pr3 接收的波具有|E|=|E|=|E|，此时，旋转接收喇叭 Pr3 到任意角度，DH926AD 型数据采集仪表头指示值基本相同，从而实现了 E与E两个波的相位差为90，得到圆极化波。在适当调整 Pr2 水平（或垂直）栅网位置后，点击“开始采集”按钮，选择“开始新的采集”按钮，顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）匀速转动接收喇叭 Pr3，在显示屏上通过采集的图形观察接收喇叭 Pr3 在任意角度时的幅度变化，若差别很大，需要重新调整 Pr2 水平（或垂直）栅网位置，然后重新开始采集工作，直到

17、采集的图形幅度变化不明显为止，此时，得到圆极化波。实验结果及分析记录实验测得数据，观察极化波的产生与检测脉冲通道选：通道 3。两次垂直（或水平）栅网前的最大值都在 3.8V 附近第一次实验结果：波动比较大，存在严重的误差！但实验准备工作都正确。错误原因不明。第二次，多测了几个周期的，结果仍然不对，经老师检测，可能仪器线路问题其他组的理想实验结果实验分析两个相位相差 90 度,振幅相等,空间上正交的线极化波可合成一个圆极化波,反之亦成立.由图可以看出，此合成波为圆极化波，在空间各点的幅值相等。但是由于各种不定因数的影响实验所得数据存在一定误差: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

18、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。由于误差较小，在允许范围4、要保持匀速转动，才能有比较理想的结果。实验心得体会通过本次试验,我了解极化波的产生与检测方法, 两个相位相差 90 度,振幅相等,空间上正交的线极化波可合成一个圆极化波,.但本次试验不是很成功,也不知道错误原因,经老师排查错误之后,还不能得到理想的实验结果.分析原因,可能是产生的圆极化波空间上不对称,因为我测得两次垂直（或水平）栅网前的最大值都在 3.8V 附近 ,其他线路连接均正常,而且,在转动晶体臂的时候,产生晃动也会影响实验结果,同时,不匀速转动也会带来实验误差.在今后的学习中,要注重理论与实际的联系,因为我们的知识终究要运用的到实际中去,真正的学以致用.通过一些小的实验,可以巩固学过的知识,通过讨论和查阅资料,既增长了见识,又积累的经验.这样的设计,增强了我们的学习兴趣与学习能力.学习过程中,要注重细节,夯实基础,善于总结和发现,培养独立思考和团队合作的能力.要不断积累和总结,为今后的学习和工作打下良好的基础.