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电磁场与微波实验报告(极化波)

时间:2015-08-17


专业: 学号:

信息与通信工程 ____ __ 310010 东4 _

姓名:___

实验报告

日期:___ _2013.11.18_ __ 地点:

课程名称: 电磁场与微波技术实验 指导老师: 谢银芳、王子立 成绩: 实验名称: 极化波 实验类型: 验证型实验 同组学生姓名: 一、实验目的和要求(必填) 二、实验内容和原理(必填) 三、主要仪器设备(必填) 四、操作方法和实验步骤 五、实验数据记录和处理 六、实验结果与分析(必填) 七、讨论、心得

一、实验目的和要求
1、研究线极化波,圆极化波和椭圆极化波的产生和各自的特点。 2、了解线极化波,圆极化波和椭圆极化波特性参数的测量方法。 3、通过对三种线性极化波的研究,加深对电磁场极化特性的认识与理解。

二、实验内容和原理
原理:平面电磁波的极化是指电磁波传播时,空间某点电场强度矢量 E 随时间变化的规律。 若 E 的末端轨迹在一条直线上时,称为线极化波; 若 E 末端的轨迹是圆(或椭圆) ,称为 圆(或椭圆)极化波。若圆运动轨迹与波的传播方向符合右手(或左手)螺旋规则时,则称 为右旋(或左旋)圆极化波。而椭圆极化波末端为椭圆形。线极化波、圆极化波和椭圆极化 波都可由两个同频率的正交线极化波组合而成。设同频率的两个正交线极化波为:

Ex ? Exm e ? j ( kz ?? x ) E y ? E ym e ? j ( kz ?? y )
当? x ? ? y ? ? , Exm ? ? Eym 时,是线极化波 当? x ?? y ? ?

?
2

, Exm ? ? E ym 时,是圆极化波

当? x ?? y 介于线极化波与圆极化波时,是椭圆极化波

内容:1.圆极化波的调整与测量 2.线极化波的调整与测量 3.椭圆极化波的调整与测量

三、主要仪器设备
如下图所示,其中辐射喇叭由固态信号源、衰减器及矩形喇叭组成。其中固态信号源工 作频率为 f=9375MHz。接收喇叭由矩形喇叭,检波器, ,微安表等组成。其它装置基本上 与实验一相同。

四、实验步骤和结果记录
1、圆极化波 根据圆极化波的要求,两相同频率的正交场相干波必须幅度相等,相位差 ?
o

?
2

。因此,

先使发射喇叭的转角为 45 左右,分别将接收喇叭垂直与水平放置,收到 Em1和Em 2 ,然后 转动接收喇叭到任意一个角度, 则将会出现大于或者小于 E m1 值的情况。 然后慢慢移动 Pr 2 的 位置,知道接收喇叭在各个角度上的输出指示值都相等。这样就实现了

?? ? kz 1 ? kz 2 ? ?

?
2

,记此时 Pr 2 的位置为 l 0 ,依照表格记录相关数据。

Pr0:α=50.0° Pr2:l0=25.214mm Pr3:|Em1|=|Em2|∝I=3.46

圆极化波调整与测试数据记录:

?r ?
I 2 (? A)2

0 8.0

10 9.0

20 9.2

30 10.0

40 11.8

50 12.0

60 12.2

70 12.2

80 12.2

E ? I ( ? A)

2.83 90 11.6 3.41

3.00 100 10.5 3.24

3.03 110 9.6 3.10

3.16 120 8.5 2.92

3.44 130 8.5 2.92

3.46 140 10.0 3.16

3.49 150 11.0 3.32

3.49 160 12.0 3.46

3.49 170 11.0 3.32

?r ?
I 2 (? A)2
E ? I ( ? A)

2、线极化波 在前面产生圆极化波实验的基础上,调整 Pr 2 的位置 l0 ,使? x ?? y ? ?? 即可产生线极 化波。调整 Pr 2 的位置使 l1 化波。 当

? l0 ? ? / 8

,所以把

的位置往前调整 ? / 8 就产生了线极

转动角度为 0、10、20、......170 度时记录测量数据填入表二中。

Pr0:α=50.0° Pr2:l1=29.685mm 当 I ? I max 时,θ r=θ 0=110° I ? I max =4.06 ? A 线极化波调整与测试数据记录如下:

?r ?
I 2 (? A)2

0 7.2 0.6606 0.3420 90 9.0 0.7385 0.9397

10 4.5 0.5222 0.1736 100 13.8 0.9145 0.9848

20 3.0 0.4264 0 110 16.5 1 1

30 2.0 0.3482 0.1736 120 16.2 0.9909 0.9848

40 1.8 0.3303 0.3420 130 11.8 0.8457 0.9397

50 1.6 0.3114 0.5 140 11.0 0.8165 0.8660

60 1.9 0.3393 0.6428 150 12.0 0.8528 0.7660

70 2.8 0.4119 0.7660 160 10.5 0.7977 0.6428

80 5.8 0.5929 0.8660 170 8.0 0.6963 0.5

E / Em cos(?0 ??r )

?r ?
I 2 (? A)2

E / Em cos(?0 ??r )

3、椭圆极化波 在前两部分实验的基础上,改变 的位置,使 l1 ? l2 ? l0 即可产生椭圆极化波。

当 Pr3 转动角度为 0、10、20、......170 度时记录测量数据填入表三中并计算出椭圆极化波的 椭圆度 e 选择保持 Pr0 的转角不变为α =50° 移动金属栅网位置到 l0 ? l2 ? l0 ? 椭圆极化波实验数据记录如下:

?
8

,测得 l2 =27.492mm

?r ?
I 2 (? A)2
E ?I

0 16.2 4.0249 90 16.2 4.0249

10 15.8 3.9749 100 19 4.3589

20 12 3.4641 110 21 4.5826

30 10 3.1623 120 20 4.4721

40 8 2.8284 130 20 4.4721

50 8 2.8284 140 19.8 4.4497

60 7.8 2.7928 150 17 4.1231

70 7.8 2.7928 160 15.8 3.9749

80 14.3 3.7815 170 12 3.4641

?r ?
I 2 (? A)2
E ?I

五、实验数据记录和处理
实验数据记录见上文表格。 数据处理结果见上文表格。 实验处理过程:对于一个读数 I 2 (? A)2 为了求其正比于 I 的 E,需要将读数开根号即可。 椭圆度:对于圆极化波,椭圆度 e=Imin/Imax,求出 e=0.81>0.8 的实验要求,因此,实验 达到目的。在圆极化波中,数据呈现先增大后减小再增大的趋势,我们进行了分析,认为这 是因为调试的时候, 没有严格地将椭圆的长轴短轴与接收面的垂直水平对应起来。 这个在实 验中是不规范的,以后应该注意。 对于圆极化波,因为所有的数值相差不大,所以,我们有充分的理由相信,它是一个 在误差允许范围内的圆极化波。 对于线极化波, 因为需要对比实验读数和角度余弦的关系, 为了更加方便地看出其线性 关系,所以,我们作了一张比较图,图像结果如下:
2

可以看出,它们的趋势大致相同,但是存在一定的误差,在误差允许范围内,可以认为线极 化波已经达到(实验理论应为两线重合)。 对于椭圆极化波,本身是比较随意的,因为除了两种特殊的极化波:线极化波和圆极化 波,其他都是椭圆极化波,这里就不作多的分析。对于该椭圆,椭圆度为:e=0.609.

六、收获与体会
第二次的实验明显比第一次复杂很多, 但是也不难理解, 该实验的条理、 思路非常清晰, 这将有利于我们理解波的叠加等问题。本实验很繁琐,调试的时候需要一定的耐心,但是更 需要的是调试的技巧, 我们两个人协作, 一个人调整, 一个人监督数据的变化, 细微地调整, 终于功夫不负有心人调了出来。另外,实验前面的数据对后面实验结果影响较大,所以,在 实验开始的时候需要特别认真。 由于本实验是在调节出圆极化波的基础上来调节出线极化波的, 所以对圆极化波的调节 有比较高的要求。实际测量中发射喇叭的角度α 并不等于 45 度,根据装置的差异会有一定 的微调,大致在 50 度左右。在调节圆极化波的过程中,要将介质板角度、发射喇叭偏转角 度和移动平台的调整调节结合起来。 这样才能得到较为理想的圆极化波。 另外在测量的过程 中要注意对其他组别的实验装置的电磁波的屏蔽,否则会产生较大的误差。


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