哈工大電磁波波動特性的實驗研究
1． 實驗目的
無線電的使用頻率在不斷提高，微波（超高頻），由於它的波長短、頻率高、方向性強，所以廣泛的應用在雷達、遙控、電視、射電天文學、接力通訊和衛星通訊等方面。
微波通常指分公尺波、公釐波的電磁波，它的頻率極高，一般在300~300000兆赫，所以有關微波的產生、放大、發射、接收、測量、傳輸等和一般的無線電波不盡相同。在微波技術中，需要微波電子管、電晶體、波導、同軸線和一些諸如衰減器，諧振腔等特殊元件。
從電磁波的本質來說，微波也具有波動的共同特點，如反射、折射、衍射、干涉、偏振等。我們根據它們的這種共同的通性，以及微波波長接近光波波長的特點，模仿光學實驗的方法，來做電磁波波動特性的實驗。
我們的實驗目的是，以微波作波源，用模擬光學實驗的方法，來研究電磁波所具有的傳遞能量和波動的特性。
2． 微波實驗主要儀器簡介
1） 三厘公尺固態訊號源
三厘公尺固態訊號源結構簡單、體積小、重量輕、輸出功率大、效能穩定、攜帶使用方便。
主要技術指標：
工作頻率範圍：937050mhz 在工作頻率範圍內，輸出功率20mw
工作模式：等幅波、方波
輸入電源：220v10%
2） 微波分度計
其總體結構如圖1-1所示，可分為三個部分。
1、發射部分
它是由固定臂及臂上的發射喇叭和可變衰減器組成，其微波訊號是由三厘公尺固態訊號發生器經同軸電纜饋電送至發射天線。
2、接收部分
它由可繞中心軸轉動的懸臂和臂上端的接收喇叭，檢波器組成。
3、在兩喇叭之間的中心軸自由轉動的圓形小平台，平台被均分為360等分。
圖1-1
（一） 電磁波的反射實驗
1、 實驗目的
任何波動現象（無論是機械波、光波、無線電波），在波前進的過程中如遇到障礙物，波就要發生反射。本實驗就是要研究微波在金屬平板上發生反射時所遵守的波的反射定律。
2、 實驗原理
電磁波從某一入射角射到兩種不同介質的分界面上時，其反射波總是按照反射角等於入射角的規律反射回來。
如圖（1-2）所示，微波由發射喇叭發出，以入射角設到金屬板,在反射方向的位置上，置一接收喇叭，只有當處在反射角約等於入射角時，接收到的微波功率最大，這就證明了反射定律的正確性。
圖1-2
3、 實驗儀器
本實驗儀器包括三厘公尺固態訊號發生器，微波分度計，反射金屬鋁製平板，微安表頭。
4、 實驗步驟
1） 將發射喇叭的衰減器沿順時針方向旋轉，使它處於最大衰減位置；
2） 開啟訊號源的開關，工作狀態置於「等幅」 旋轉衰減器看微安表是否有顯示，若有顯示，則有微波發射；
3） 將金屬反射板置於分度計的水平台上，開始它的平面是與兩喇叭的平面平行。
4） 旋轉分度計上的小平台，使金屬反射板的法線方向與發射喇叭成任意角度，然後將接收喇叭轉到反射角等於入射角的位置，緩慢的調節衰減器，使微安表顯示有足夠大的示數（50）。
5） 熟悉入射角與反射角的讀取方法，然後分別以入射角等於30、40、50、60、70度，測得相應的反射角的大小。
6） 在反射板的另一側，測出相應的反射角。
5.資料的記錄預處理
記下相應的反射角，並取平均值，平均值為最後的結果。
6.問題討論
為什麼要在反射板的左右兩側進行測量然後用其相應的反射角來求平均值。
答：由於實驗儀器存在回程差，故分別向左和向右測量以抵消回程差的影響，使測量結果更為精確。
（二） 電磁波的偏振實驗
1． 實驗目的
通過實驗研究來進一步熟悉電磁波的偏振特性
2． 實驗原理
喇叭天線的增益大約是20分貝，當發射喇叭口面的寬邊與水平面平行時，發射訊號電向量的偏振方向是垂直水平面的直線偏振波，假設該直線偏振波在接收喇叭處強度為
其中是與之間的夾角，這就是光學中關於光強分布的馬呂斯定律。
本實驗所用接收喇叭是和一段旋轉短波導連在一起的，從而可在旋轉波導的軸承環的範圍內旋轉，當接收喇叭與發射喇叭之間的夾角為，則接收的訊號強度是。因此，轉動接收喇叭，就可得到轉角與微安表的一組資料，並可與馬呂斯定律相比較。
3． 實驗步驟
1） 首先把發射喇叭和接收喇叭調到一條直線上，旋轉平台上的定位銷，使懸臂固定，此時，使波導的指示在零度處。
2） 調節衰減器，使微安表的指示足夠大（60）作為（=74）。
3） 然後旋轉接收喇叭，每隔記下相應的電流強度。
4） 然後從每隔記下相應的電流強度。
5） 資料的記錄與處理
（三） 電磁波的衍射實驗
1.微波單縫衍射實驗
1) 實驗目的
熟悉電磁波具有波的繞射通性，測試微波的衍射強度隨衍射角的變化規律。
2） 實驗原理
微波的衍射原理與光波完全相同，當一束平面波入射到一寬度和波長可以比擬的狹縫時，它就要發生衍射現象。設電磁波波長為，如圖（1-3）所示，平面電磁波垂直入射到寬度為的夾縫上，當衍射角符合如下條件時
圖1-3
a）在狹縫後面出現衍射波的強度極小。
當b）（1、2、3…）
時，則在縫後面出現衍射波的強度極大。介於上述兩條件之間的衍射波，衍射波的強度在極小值與極大值之間變化，其相對衍射強度與衍射角之間的變化規律如圖（1-4）所示（縱座標為相對衍射強度，橫座標為衍射角）
圖1-4
4)實驗步驟
1． 首先將發射喇叭與接收喇叭的中心和分度計上小平台的中心三者調到同乙個垂直平面內，並且保證發射喇叭和接收喇叭處於等高。
2． 將鋁製板縫的寬度調為7厘公尺，然後使狹縫平面與兩喇叭的連線成正交方向固定在分度計的小平台上
3． 調節衰減器使微安表的顯示足夠大。
4． 從衍射角為零度開始在單縫的兩側，衍射角每改變1度去讀取一次示數，並添入資料表。
5． 根據公式（a）和（b），並由已給微波波長3.2厘公尺，縫寬7.0厘公尺，計算出一級極小和一級極大的衍射角。
(四) 用微波的布拉格衍射實驗測定模擬晶體的晶格常數
1） 實驗目的
仿照x射線入射真實晶體發生衍射的基本原理，我們用製作的放大的晶體模型代替真實晶體，以微波代替x射線。讓微波向模擬晶體入射，觀察波在「晶體」的不同晶面上反射時，其反射波產生干涉所符合的條件與微波的波長，「晶體」的晶格常數以及掠射角之間的關係。
2） 實驗原理
如圖（1-5）所示，設原子之間的距離為，當一束微波以角掠射到100晶面，一部分微波將為表面層的「原子」所散射，其餘部分的微波將為「晶體」內部的各「晶面」上的原子所散射。各層晶面上「原子」散射的本質是因「原子」在微波電磁場的作用下，做與微波同頻率的受迫振動，然後向周圍發出微波，按反射定律的方向反射的微波強度最大。
由圖（1-5）可知，波束和波束是分別由表面層和第二層所反射，其波程差為
顯然，當符合下列條件時
k=1，2，3
反射的微波是干涉加強。上式就是晶體衍射的布拉格公式。
本實驗使用的微波波長厘公尺；晶格常數厘公尺。
圖1-5
3） 實驗步驟
1、 首先將發射喇叭和接收喇叭置於等高度，然後調在同一垂直面內。
2、 用以給的和用公式計算出是對應的掠射角。
3、 將「晶體」放在轉動的小平台上，掠射角從零度測起，每改變2度測一讀數，然後記下電流錶的數值，以電流錶的值為縱座標，以掠射角為橫座標，做出的關係曲線。
的關係曲線如下所示。
(五) 麥克爾遜實驗（用介質測波長）
麥克爾遜實驗基本原理如圖1-6所示，在電磁波前進的方向放置45度半透射板，由於板的作用，將入射波分成兩束；一束向a方向傳播，一束向b方向傳播，由於a、b兩處反射作用，兩束波就再次發射到半透明板，並到達接收喇叭，由於接收喇叭接受兩束波同頻率，振動方向一致的兩個波。如果兩個波相差為的整數倍時，則干涉加強，當相位差為的奇數倍時，則干涉減弱。因此移動b處的反射板，當表頭指示從乙個極小值變到另乙個極小值時，則b處反射板移動波長的距離。
圖1-6
實驗時通過移動讀數機的一端，使表頭出現個極小值（極大值），並同時記下讀數機移動的相應位移數，從而求得反射板的移動距離，則波長為，零指示數相當於的波長數。
測得 實驗三雙縫干涉
1、實驗目的
通過實驗觀察並測量雙縫干涉的現象及特性。
同為a 的縫隙，當電磁波垂直入射到該金屬板上時，
在兩個縫上均產生感應磁流，這兩個縫隙可以看成為兩 rv2
個天線，金屬板背面的場是這兩個縫隙輻射場的疊加 a
（干涉的結果）。當 b 的值較大時，即忽略兩個縫隙之間的相互影
響，則金屬背面的場為
e e1 e2
其中 e1 和e2分別為兩個縫隙輻射的場，因為金屬板與入射線垂直，則兩個縫
隙上的感應磁流相同，即
則總場的幅度為
e = 2e1 sin[k (a + b)sinθ]
因此當sin[k (a + b)sinθ ]/ 2 = 1
即[k (a + b)sinθ ]/ 2 = (2n +1)π / 2 ，
時，總場（干涉場）出現加強）
當sin[ k ( a + b)sin θ ]/ 2 = 0
即k (a + b )sinθ ]/ 2 = nπ
時，總場（干涉場）出現減弱。
3、實驗系統構建
（1）發射、接收喇叭安裝同實驗一，取工作波長λ = 32mm ；
（2）調節雙縫鋁板，使縫的寬度為a = 40mm ，b =130mm ；
（3）將雙縫板安裝到支座上，使鋁板平面與小圓盤上的某一對刻度線一致，
此刻度線應與工作台上的900 刻度的一對線一致；
(4) 轉動小平台使固定臂的指標指向小平台的1800 處，此時小平台的00 就是
縫隙平面的法線方向；
哈工大電磁場與電磁波實驗報告
班級學號 姓名同組人 實驗一電磁波的反射實驗 1.實驗目的 任何波動現象 無論是機械波 光波 無線電波 在波前進的過程中如遇到障礙物，波就要發生反射。本實驗就是要研究微波在金屬平板上發生反射時所遵守的波的反射定律。2.實驗原理 電磁波從某一入射角射到兩種不同介質的分界面上時，其反射波總是按照反射角等...
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