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
β=2π
λ （1-3-1）
2π βυ=λf =
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:E i =E 0i e -j βγ
当入射波以入射角θ1向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波E r 和折射波E i 。设入射波为垂直极化波，用R ⊥表示介质板的反射系数，用T ⊥0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P r 2和固定板P r 1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P r 3处的相干波
分别为：
E r 1=-R ⊥T ⊥0T ⊥εE i e -j φ1 φ1=β(L r 1+L r ) 3=βL 1
) E r 2=-R ⊥T ⊥0T ⊥εE i e -j φ2 φ2=β(L r 2+L r 3) =β(L r 3+L +L r 1
其中，∆L =L 2-L 1
又因L 1是固定值，L 2则随可动板位移L 而变化。当P r 2移动L 值时，使P r 3具有最大输出指示时，则有E r 1和E r 2为同相叠加；当P r 2移动L 值，使P r 3具有零值输出指示时，必有E r 1
和E r 2反相。故可采用改变P r 2的位置，使P r 3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。
-i φ1在P r 3处的相干波合成 E r =E r 1+E r 2=-RT +e -i φ2) 1⊥0T ⊥εE i (e
或写成 E r =-2R 1T ⊥0T ⊥εE i cos(
（1-3-2） φ1-φ22) e -j (φ1+φ22) 式中φ=φ1-φ2=βL
为测准入值，一般采用 P r 3零指示办法 ，即
cos() =0或=(2n +1) n=0.1.2….. 这里n 表示相干波合成222φφπ
驻波场的波节点（E r =0）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E r =0的驻波节点作为参考位置l 0 又因φ=2π
λλ （1-3-3）
故(2n +1) π=2π L 或2∆l =(n +1) λ（1-3-4） λ
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E r 1与E r 2的分布如图1-3-2所示，图中n=0的节点处l 0作为第一个波
节点，对其他n 值则有n=1,2∆l =2(l 1-l 0) =λ, 对应第二个波节点，或第一个半波长数。
n=2, 2∆l =2(l 2-l 1) =λ, 对应第三个波节点，或第二个半波长数。
n=3, 2∆l =2(l 3-l 2) =λ, 对应第四个波节点，或第三个半波长数。
n=n，2∆l =2(l n -l n -1) =λ, 对应第n+1个波节点，或第n 个半波长数。
2(l n -l 0) （1-3-5） n
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把以上各项相加，取波长数的平均值得2(l n -l 0) =n λ即λ=已足够，它表示在5个波节点距离内，（l 4-l 0）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P r 3所测得的合成驻波场，处于进区场分布的范围内，因此，P r 2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。
（PS ：由于测试仪工作于进场范围内，所以Pr2在移动中会影响接受喇叭驻
波场的位置及振幅分布。其中“近场”的踢法要注意在教材中“近区”的区别，从“近区”的定义，这里是在“远区”，但是从喇叭天线测量场地来看，可以看作是在“近场区”。）
3. 实验步骤及注意事项
（1）按图1-1，就爱那个DH9268型微波分光仪合成测博城、相移常数的状态。
【要点】在集合关系上一定要保证，使DH9268型微波分光仪的来年哥哥喇叭天线（Pr0、Pr3）的轴线（天线口面）互为90度；半透射玻璃板（Pr4）与两喇叭泰纳线的轴线成45度垂直投切，移动云台通过它本身上带有的两个底脚螺旋入底座上相应的旋孔中，使其固定在底座上，然后在移动雨胎和平台（Pr0）正对的支杆上分别插入金属反射板，确保所固定的金属反射板（Pr1）的法线与接收喇叭天线的轴线一致，可移动云台上的全反射板与发射喇叭天线轴线一直，参见图1-3。
图1-3
上述几何条件直影响到测量准确度，是保障实验数据准确的必要条件。
（2）移动云台带有一“读数机构”，由直尺及手摇柄上的分度盘构成百分尺，可精确的读取云梯所携载的金属反射板的相对位置。测量过程中，将移动云台的读数机构从刻度10一端向刻度70一端均匀移动，旋转读数机构上的手柄是为了消除机械回程误差，一定要做单向匀速移动。
（3）波特征点（波节点）的获取，为了保障测量精度，必须采用“交叉读数取中值”方法（参见【实验用到的几个重要概念之一】）
4. 实验内容及要求
（1） 了解相干波测量波长的原理和方法。
（2） 熟悉电磁波测试平台（微波分光仪）的特点和使用方法。
（3） 用手动方式，采用“交叉读数法”测量3个连续的波节点（d1,d2,d3），
并分别计算得到两个半波长λ/2，β和v
（4）测量过程中，首先将移动云台的读数机构调至刻度10一端，然后移动云台测出一个极小的的幅度点（波节点）的位置（注意在移动过程中是通过微安表观察极小点的），以便接下来向刻度70一端匀速移动，能测得更多的极小幅度（波节点）的位置，旋转读数机构上的手柄，使可移动的全反射板随之匀速移动。同时，转动时要小心，防止读数机构上的全反射板抖动造成误差。
为了消除机械回程误差，一定要做单向匀速移动。
【注意】所有测量的波节点必须用交叉读数法获得。
（5）认真做好实验原始数据记录，计算出所测的两个半波长（λ/2），要求测得的两个半波长之间的误差不得大于0.5mm
4. 实验报告内容与要求
（1） 按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告；
（2） 完成数据运算及整理，计算出电磁波波长；
（3） 对实验中的现象分析讨论，并对实验误差产生的原因进行分析。
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900，将出现什么现象？这是能否测准λ值？为什么？
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
β=2π
λ （1-3-1）
2π βυ=λf =
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:E i =E 0i e -j βγ
当入射波以入射角θ1向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波E r 和折射波E i 。设入射波为垂直极化波，用R ⊥表示介质板的反射系数，用T ⊥0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P r 2和固定板P r 1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P r 3处的相干波
分别为：
E r 1=-R ⊥T ⊥0T ⊥εE i e -j φ1 φ1=β(L r 1+L r ) 3=βL 1
) E r 2=-R ⊥T ⊥0T ⊥εE i e -j φ2 φ2=β(L r 2+L r 3) =β(L r 3+L +L r 1
其中，∆L =L 2-L 1
又因L 1是固定值，L 2则随可动板位移L 而变化。当P r 2移动L 值时，使P r 3具有最大输出指示时，则有E r 1和E r 2为同相叠加；当P r 2移动L 值，使P r 3具有零值输出指示时，必有E r 1
和E r 2反相。故可采用改变P r 2的位置，使P r 3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。
-i φ1在P r 3处的相干波合成 E r =E r 1+E r 2=-RT +e -i φ2) 1⊥0T ⊥εE i (e
或写成 E r =-2R 1T ⊥0T ⊥εE i cos(
（1-3-2） φ1-φ22) e -j (φ1+φ22) 式中φ=φ1-φ2=βL
为测准入值，一般采用 P r 3零指示办法 ，即
cos() =0或=(2n +1) n=0.1.2….. 这里n 表示相干波合成222φφπ
驻波场的波节点（E r =0）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E r =0的驻波节点作为参考位置l 0 又因φ=2π
λλ （1-3-3）
故(2n +1) π=2π L 或2∆l =(n +1) λ（1-3-4） λ
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E r 1与E r 2的分布如图1-3-2所示，图中n=0的节点处l 0作为第一个波
节点，对其他n 值则有n=1,2∆l =2(l 1-l 0) =λ, 对应第二个波节点，或第一个半波长数。
n=2, 2∆l =2(l 2-l 1) =λ, 对应第三个波节点，或第二个半波长数。
n=3, 2∆l =2(l 3-l 2) =λ, 对应第四个波节点，或第三个半波长数。
n=n，2∆l =2(l n -l n -1) =λ, 对应第n+1个波节点，或第n 个半波长数。
2(l n -l 0) （1-3-5） n
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把以上各项相加，取波长数的平均值得2(l n -l 0) =n λ即λ=已足够，它表示在5个波节点距离内，（l 4-l 0）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P r 3所测得的合成驻波场，处于进区场分布的范围内，因此，P r 2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。
（PS ：由于测试仪工作于进场范围内，所以Pr2在移动中会影响接受喇叭驻
波场的位置及振幅分布。其中“近场”的踢法要注意在教材中“近区”的区别，从“近区”的定义，这里是在“远区”，但是从喇叭天线测量场地来看，可以看作是在“近场区”。）
3. 实验步骤及注意事项
（1）按图1-1，就爱那个DH9268型微波分光仪合成测博城、相移常数的状态。
【要点】在集合关系上一定要保证，使DH9268型微波分光仪的来年哥哥喇叭天线（Pr0、Pr3）的轴线（天线口面）互为90度；半透射玻璃板（Pr4）与两喇叭泰纳线的轴线成45度垂直投切，移动云台通过它本身上带有的两个底脚螺旋入底座上相应的旋孔中，使其固定在底座上，然后在移动雨胎和平台（Pr0）正对的支杆上分别插入金属反射板，确保所固定的金属反射板（Pr1）的法线与接收喇叭天线的轴线一致，可移动云台上的全反射板与发射喇叭天线轴线一直，参见图1-3。
图1-3
上述几何条件直影响到测量准确度，是保障实验数据准确的必要条件。
（2）移动云台带有一“读数机构”，由直尺及手摇柄上的分度盘构成百分尺，可精确的读取云梯所携载的金属反射板的相对位置。测量过程中，将移动云台的读数机构从刻度10一端向刻度70一端均匀移动，旋转读数机构上的手柄是为了消除机械回程误差，一定要做单向匀速移动。
（3）波特征点（波节点）的获取，为了保障测量精度，必须采用“交叉读数取中值”方法（参见【实验用到的几个重要概念之一】）
4. 实验内容及要求
（1） 了解相干波测量波长的原理和方法。
（2） 熟悉电磁波测试平台（微波分光仪）的特点和使用方法。
（3） 用手动方式，采用“交叉读数法”测量3个连续的波节点（d1,d2,d3），
并分别计算得到两个半波长λ/2，β和v
（4）测量过程中，首先将移动云台的读数机构调至刻度10一端，然后移动云台测出一个极小的的幅度点（波节点）的位置（注意在移动过程中是通过微安表观察极小点的），以便接下来向刻度70一端匀速移动，能测得更多的极小幅度（波节点）的位置，旋转读数机构上的手柄，使可移动的全反射板随之匀速移动。同时，转动时要小心，防止读数机构上的全反射板抖动造成误差。
为了消除机械回程误差，一定要做单向匀速移动。
【注意】所有测量的波节点必须用交叉读数法获得。
（5）认真做好实验原始数据记录，计算出所测的两个半波长（λ/2），要求测得的两个半波长之间的误差不得大于0.5mm
4. 实验报告内容与要求
（1） 按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告；
（2） 完成数据运算及整理，计算出电磁波波长；
（3） 对实验中的现象分析讨论，并对实验误差产生的原因进行分析。
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900，将出现什么现象？这是能否测准λ值？为什么？