电磁场与电磁波实验教案(许德富 08.9) - 图文

电磁场与电磁波实验

教 案

教师：许德富 职称：讲 师 专业：电子信息工程 层次：本科

班级：07级1、2、3

乐山师范学院物电学院

二00九年九月

实验一 反射实验：

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，实验中测定的角度除2即为该角度。 1）系统构建指南：

系统构建时，如图13，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型数据采

图13反射实验

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。（典型参考实验数据：入射

30/65?

反射

29.5/62）

2）软件指南： 运行应用软件，出现

图14

如下启动界面（如图14）。在启动界面上点击“进

入”按钮，进入系统“主菜单”，选择菜单项“微波物理实验”（如图15），您可看到十个子菜单项。单击第一个子菜单项“反射实验”，屏幕上会出现“建议” 提示框（如图16），这是应用软件根据实验内容建议您选择的“采集点数”和“脉冲通道”，单击“OK”按钮，进入“输入采集参数”界面（见图17），建议采用我们推荐的“采集点数和

图15 系统主菜单菜

图17数据采集参数

通道号”，这样有利于更好观察采集过

图16.数据采集建议

程及处理数据。如果您未做选择直接点击了“试采集”或“正式采集”按钮，“采集点数和通道号”则按照我们建议的默认值“采集点数为120，通道号为 1”选择。在您选择好“采集点数和通道号”后，DH926AD型数据采集仪相应通道指示灯亮（绿色），软件进入采集过程界面。

如果您想预览一下采集过程，您可点击“试采集”按钮，屏幕上便会出现“试采集界面”（如图18）。“试采集”的采集过程界面比“正式采集”过程界面简单，功能键很少，不对采集数据进行处理，相应的功能键与“正式采集”采集过程界面中的功能按

钮功能相同，此处不再赘述，仅讲解“正式采集”采集过程界面的功能按钮使用及实验结果处理。

注：如果您先点击了“试采集”按钮进行了试采集，退出“试采集”采集过程界面后，您要开始“正式采集”之前，务必要把实验装置恢复到本实

图18 试采集界面

否则会对实验结果引入很大的误差！

验的初始状态，方可继续进行“正式采集”工作！

图19 正式采集界面

当点击“正式采集”按钮，屏幕上便会出现正式采集过程界面（如图19）。“采集过程”界面中，“绘图框”内显示以采集点数为横坐标、电压值为纵坐标的坐标轴。此时，察看小平台，固定臂指针指在某一角度处，这角度数就是入射角，将入射角度的值

填入绘图框下方的“需要您输入的参数”中“入射角”一栏中，以便采集结束后计算“反射角”的值。如果您此时点击“开始采集”按钮，屏幕上会出现“是否保存？”界面（如图20），如果您是

图20 “是否保存”界面

首次采集，请单击“开始新

的采集按钮”。如果您刚刚已进行了采集工作，您就要考虑是否对刚刚的采集过程进行保存，若保存，请单击“保存”按钮；若不保存，请单击“开始新的采集”按钮。

如果您刚刚选择了“开始新的采集”，屏幕上便会出现一个提示框（如图21），提示您当前要进行的操作 。单击“OK”按钮，开始实时采集信号变化并绘图。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

图21 提示框

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（如图22）。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

结束提示框。

图22 采集示例

图25 计算结果示例

如果您想对采集过程中可以求得的参数有所了解，请点击采集界面中的“计算结果”按钮，如果您未输入需要您输入的参数，屏幕上会出现“请输入入射角”的警告提示框。您重新输入入射角后，再次按下“计算结果”按钮，系统软件会根据您提供的已知量及采集过程中的数据，将本实验待求参数理论值和根据实际采集过程处理得到的参数——“反射角”的值分别显示在屏幕的“参数理论值”及“经采集求得的参数”框内（见图25）。

采集结束后，如果您想对采集的数据进行保存，点击“保存数据”按钮，屏幕上首先出现“将采集过程保存成数据文件”的提示框（见图26），单击“OK”后，出现“保存数据对话框”（见图27），默认存储路径为本软件安装的根目录，输入数

图27 保存数据对话框

名将采集数据保存成文本文件。

采集结束后，如果您想对采集过程中所描绘图形进行打印，点击“打印”按钮，屏幕上首先出现“打印”对话框（如图28）。在“Printer Info”栏中，“Name:” 项中显示的是当前与计算机相连的默认打

据文件名，点击“保存”按钮，文件即按照您所输入的文件名，以“.txt”为扩展

图28 打印对话框

印机型号，可以点击“Properties”按钮对打印机属性进行设置（如图29），属性页中包含对打印机所用纸张等属性的设置，进行设置或使用默认设置后，单击“确定”或“取消”按钮，退出属性页。然后将“Print to file”复选框选中选项去掉（如图30），如果选中，则不通过打印机输出，而是将图形信息保存成文件。接着对“Graphics Options”栏中的图形输出的“Width” （宽度）、“Height”（高度）、“Horizontal offset”（水平偏移）和“Vertical\

在采集过程中，如果您点击了“终止采集”按钮，本次采集即被终止，但在这个过程中，您所采集到的数据未必能对通过本实验可求得的参数进行准确计算，如果您不想了解计算结果，您便可终止采集过程，屏幕上会出现“此次采集完毕”的采集结束提示框（如图23）。

采集过程停止后，绘

图29 打印机属性设置

图框中仍显示刚刚进行

的采集过程，如果您再次

开始采集工作，绘图框上的绘图线条会以有别于上次采集过程的线条颜色显示（如果上次绘图线条为红色，则此次绘图线条为蓝色，反之亦然）。如果您认为重新开始采集过程需要清除原绘图区域信息，重新显示采集过程，您可点击“清屏”按钮，绘图框恢复到初始状态。 如果您认为应该开始新的工作或适当休息一下，您可点击“离开”按钮，屏幕回到系统主菜单界面（如图

15）。

图30 复选框设置

实验二、单缝衍射实验

如下图（图31）所示，当一平面波入射到一宽度和波长可

φa 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

?1??/a?，其中?是波长，a是狭缝宽??Sin小，此时衍射角为

度。两者取同一长度单位，然后，随着衍射角增大，衍射波强

图31 单缝衍射原理

度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为：

??Sin?1?3?/2a?。

??f/c (c=3*108m/s)

图32 单缝衍射实验布置

1）系统构建指南：

系统构建时，如图32，开启DH1121B型三厘米固态信号源。首先需要调整DH926B型微波分光仪单缝衍射板的缝宽，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90-90刻线一致。转动小平台使固定臂的指针在小平台的180刻度处，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DH926AD型数据采集仪表头指示接近满刻度。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。（注意：单缝衍射版的两面材料不同）

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，但这对实验结果影响并不明显。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采集点选60）。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”设置按钮等同与DH1121B型三厘米固态信号源的设置。（工作状态：“等幅”档） 2）软件指南：

本实验在软件运行过程中出现的界面和提示窗口均与上述“反射实验”类似，相似之处不再使用具体图片说明，不同之处继续引用图片说明。

如果当前界面为系统“主菜单”，即选择菜单项“微波物理实验”的第二个子菜单项“单缝衍射实验”，会出现“建议”

图33 “建议”提示框

提示框（如图33），这是应用软件根据实验内容建议您选择的

“采集点数”和“脉冲通道”，单击“OK”按钮，进入“输入采集参数”界面，建议采用我们推荐的“采集点数和通道号”，这样有利于更好观察采集过程及处理数据。如果您未做选择直接点击了“试采集”或“正式采集”按钮，“采集点数和通道号”则按照我们建议的默认值“采集点数为60，通道号为 1”选择。在您选择好“采集点数和通道号”后，DH926AD型数据采集仪相应通道指示灯亮（绿色），软件进入采集过程界面。

如果当前界面不是系统“主菜单”，切换到系统“主菜单”界面后，按照上述操作进行即可。如果您想预览一下采集过程，您可点击“试采集”按钮，“试采集”的采集过程界面比“正式采集”过程界面简单，功能键很少，不对采集数据进行处理，相应的功能键与“正式采集”采集过程界面中的功能按钮功能相同，此处不再赘述，仅讲解“正式采集”采集过程界面的功能按钮使用及实验结果处理。

注：如果您先点击了“试采集”按钮进行了试采集，退出“试采集”采集过程界面后，您要开始“正式采集”之前，务必要把实验装置恢复到本实验的初始状态，方可继续进行“正式采集”工作！否则会对实验结果引入很大的误差！

当点击“正式采集”按钮，屏幕上便会出现正式采集过程界面（如图34）。

图34 正式采集界面

“采集过程”界面中，“绘图框”内显示以采集点数为横坐标、电压值为纵坐标的坐标轴。此时，察看单缝宽度和微波波长，将其值填入绘图框下方的“需要您输入的参数”中“单缝宽度”和“微波波长”相应栏中，以便采集结束后计算“1级极小衍射角”和“1级极大衍射角”的值。如果您此时点击“开始采集”按钮，屏幕上会出现“是否保存？”界面，如果您是首次采集，请单击“开始新的采集按钮”。如果您刚刚已进行了采集工作，您就要考虑是否对刚刚的采集过程进行保存，若保存，请单击“保存”按钮；若不保存，请单击“开始新的采集”按钮。

如果您刚刚选择了“开始新的采集”，屏幕上便会出现一个提示框，提示您当前要进行的操作 。单击“OK”按钮，开始实时采集信号变化并绘图。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。您需要顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）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。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”的采集结束提示框。如果您想对采集过程中根据采集得到的数据可以求得的参数有所了解，请点击正式采集界面中的“计算结果”按钮，如果您未输入需要您输入的“单缝宽度”和“微波波长”参数，切记这两个参数的单位默认为“厘米”。屏幕上会出现

“请输入参数”的警

告提示框（如图35）。重新输入入射角后，再次按下“计算结果”按钮，系统软件会根据您提供的已知量及采集过程中的数据，将本实验待求参数理论值和根据实际采集过程处理得到的参数——“1级极小衍射角”和“1级极大衍射角”参数的值分别显示在屏幕的“参数理论值”及“经采集求得的参数”框内（如图36）。

图36 计算结果示例

采集结束后，如果您想对采集的数据进行保存，点击“保存数据”按钮，屏幕上首先出现“将采集过程保存成数据文件”的提示框，单击“OK”后，出现“保存数据对话框”，默认存储路径为本软件安装的根目录，输入数据文件名，点击“保存”按钮，文件即按照您所输入的文件名，以“.txt”为扩展名将采集数据保存成文本文件。 在采集过程中，如果您点击了“终止采集”按钮，本次采集即被终止，但在这个过程中，您所采集到的数据未必能对通过本实验可求得的参数进行准确计算，如果您不想了解计算结果，您便可终止采集过程，屏幕上会出现“此次采集完毕”的采集结束提示框。

采集过程停止后，绘图框中仍显示刚刚进行的采集过程，如果您再次开始采集工作，绘图框上的绘图线条会以有别于上次采集过程的线条颜色显示（如果上次绘图线条为红色，则此次绘图线条为蓝色，反之亦然）。如果您认为重新开始采集过程需要清除原绘图区域信息，重新显示采集过程，您可点击“清屏”按钮，绘图框恢复到初始状态。

实验三、双缝干涉实验

如下图（图37）所示，当一平面波垂直入射到一金属板的两条狭缝上，则每一条狭缝就是次级波波源。由两缝发出的次级波是相干波，因此在金属板的后面空间中，将

a φ 产生干涉现象。当然，光通过每个缝也有衍射现象。因此本实验将是衍射和干涉两者结合的结果。为了主要研究来自双缝的两束中央衍射波相互干涉的结果，这里设b为双缝的间距，a仍为缝宽，a接近波长?，例如：??3.2cm，

a?4cm，这时单缝的一级极小衍射角接近53度。因

b a 此取较大的b，则干涉强度受单缝衍射的影响小；反之，当b较小时，干涉强度受单缝衍射影响大。干涉加强的角

?12、??；干涉减度为：??Sin?K??/?a?b??，式中K?1、图 37双缝干涉原理

?1弱的角度为：??Sin??2K?1???/2??a?b??，式中，

K?1、2、??。本演示实验中，我们只对1级极大干涉角和0级极小干涉角做了讨论。

当K取不同的值，实验结果可通过采集过程表达出来，此处不再赘述。

（参考实验值f=9.6，a=4cm,b=4cm,?=3.5cm,0级12.6度，1级25.95度） 1）系统构建指南：

系统布置同单缝衍射实验布置，如图38，仅将DH926B型微波分光仪小平台上的单缝衍射板用双缝干涉板代替。调整过程也相同。

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

图38 双缝衍射实验

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”设置按钮等同与DH1121B型三厘米固态信号源的设置。

由于干涉板横向尺寸小，所以当b取得较大时，为了避免接收喇叭直接收到发射喇叭的发射波或通过板的边缘过来的波，活动臂的转动角度应尽量小些。 2）软件指南：

软件操作也与单缝衍射实验操作基本相同，如果当前界面为系统“主菜单”，选择菜单项“微波物理实验”的第三个子菜单项“双缝干涉实验”。采集过程中，您需要顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）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。不同之处是在您已完成采集过程后，如果您想对采集过程中“双缝干涉实验”根据采集到的数据可以求得的参数有所了解，请在绘图框下方的“需要您输入的参数”一栏中分别输入“缝宽度”和“微波波长”及“缝间距”三个参数的值，切记这三个参数的单位默认为“厘米”。而后，当您按下“计算结果”按钮，系统软件会根据您提供的已知量及采集过程中的数据，将本实验待求参数理论值和根据实际采集过程处理得到的参数——“1级极大干涉角”和“0级极小干涉角”的值分别显示在屏幕的“参数理论值”及“经采集求得的参数”框内。

实验四、迈克尔逊干涉实验

如下图（图39）所示，在平面波前进的方向上放置成45度的半透射板，将入射波分成两束波，一束被反射沿A方向传播，另一束被折射沿B方向传播。后由于A、B方向上全反射板的作用，两列波就再次回到半透射板，又分别经同样的折射和反射，最后

A（固定反射板） 发射喇叭 接收喇叭 B（可移反射板） 到达接

图39 迈克尔逊干涉原理

收喇叭处。于是接收喇叭收到两束同频率，振动方向一致的两列波。如果这两列波的相位相差为2?的整数倍，则干涉加强；当相位相差为?的奇数倍时，干涉减弱。因此在A方向

图40 迈克尔逊干涉布置

上放一固定的全反射板，让B方向的全反射板可移动，当表头指示从一次极小变到又一

次极小时，B方向的反射板就移动?/2（?为波长）的距离．因此由这个距离就可求得平面波的波长。

1）系统构建指南：

如图40，使DH926B型微波分光仪两喇叭口面互成90度，半透射板与两喇叭轴线互成45度，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。然后，在读数机构和平台上分别插上全反射板，使固定的全反射板的法线与接收喇叭的轴线一致，可移动的全反射板的法线与发射喇叭轴线一致。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型微波分光仪读数机构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2，采集选取800点）。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”设置按钮等同与DH1121B型三厘米固态信号源的设置。

实验时，将可移动的全反射板移到读数机构的20刻度一端，在此附近测出一个极小幅度的位置，然后沿读数机构70刻度的一端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，从DH926AD型数据采集仪表头上测出?n?1?个极小幅度值，同时从读数机构上得到相应的位移读数，从而求得可移动的全反射板的移动距离为L，根据上述实验原理，求得波长??2L/n。（参考实验值：f=9.6GHz,L=50cm,n=3, 波长测得约为32mm）

2）软件指南：

软件操作也与上述三个实验操作基本相同，不同的地方有如下几点：

a)如果当前界面为系统“主菜单”，选择菜单项“微波物理实验”的第四个子菜单项“迈克尔逊干涉实验”，屏幕上会出现“建议采集点数”和“建议采集通道”提示框，单击“OK”按钮，进入“采集点数和通道选择”界面，您可根据之前的提示信息选择“采集点数和通道号”。值得一提的是此处的选择的“通道号及采集点数”与上述三个实验的脉冲通道及采集点数差别很大，最好按照提示信息选择，否则就不能采集到理想的实验数据并得到准确的实验结果。采集过程中，从DH926B型微波分光仪读数机构20刻度一端沿读数机构70刻度的一端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。

b)在您已完成采集过程后，如果您想对采集过程中“迈克尔逊干涉实验”根据采集到的数据可以求得的参数有所了解，请在绘图框下方的“需要您输入的参数”一栏中输入“理论微波波长”参数值，切记这个参数的单位默认为“厘米”。而后，当您按下“计算结果”按钮，系统软件会根据采集过程中的数据，将本实验根据实际采集过程处理得到的参数——“微波波长”和“相位常数”的值分别显示在屏幕的“经采集求得的参数”框内，其中“微波波长”的值可以和您输入的“理论微波波长”进行比较，分析讨论你的实验结果。

实验五、布拉格衍射实验：

任何的真实晶体，都具有自然外形和各向异性的性质，这和晶体的离子、原子或分子在空间按一定的几何规律排列密切相关。

晶体内的离子、原子或分子占据着点阵的结构，两相邻结点的距离叫晶体的晶格常数。真实晶体的晶格常数约在10-8厘米的数量级。X射线的波长与晶体的常数属于同一数量级。实际上晶体是起着衍射光栅的作用。因此可以利用X射线在晶体点阵上的衍射现象来研究晶体点阵的间距和相互位置的排列，以达到对晶体结构的了解。

本实验是仿照X射线入射真实晶体发生衍射的基本原理，人为的制作了一个方形点

阵的模拟晶体，以微波代替X射线，使微波向模拟晶体入射，观察从不同晶面上点阵的反射波产生干涉应符合的条件。这个条件就是布拉格方程，即当微波波长为?的平面波入射到间距为a（晶格常数）的晶面上，入射角为?，当满足条件n??2aCos?时（n为整数），发生衍射。衍射线在所考虑的晶面反射线方向。在一般的布拉格衍射实验中采用入射线与晶面的夹角（即通称的掠射角）?，这时布拉格方程为n??2aSin?。我们这里采用入射线与晶面法线的夹角（即通称的入射角），是为了在实验时方便。 1）系统构建指南：

系统布置类似反射实验，如图42，实验中除了DH926B型微波分光仪两喇叭

图 42 布拉格衍射实验

的调整同反射实验一样外，要注意的是模拟晶体球应用模片调得上下左右成为一方形点阵，模拟晶体架上的中心孔插在支架上与度盘中心一致的一个销子上。当把模拟晶体架放到小平台上时，应使模拟晶体架晶面法线一致的刻线与度盘上的0刻度一致。为了避免两喇叭之间波的直接入射，入射角取值范围最好在30度到70 度之间。

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）。

2）软件指南：

软件操作也与上述六个实验操作基本相同，如果当前界面为系统“主菜单”，选择菜单项“微波物理实验”的第七个子菜单项“布拉格衍射实验”，屏幕上会出现“建议采集点数”和“建议采集通道”提示框，单击“OK”按钮，进入“采集点数和通道选择”界面，您可根据之前的提示信息选择“采集点数和通道号”。此处选择的“通道号及采集点数”与反射实验类似。采集过程中，您需要逆时针匀速转动DH926B型微波分光仪的圆盘改变入射角，然后顺时针匀速转动活动臂，随着活动臂的移动改变相应的反射角，采集点数依次增加，当您停止移动圆盘或活动臂时，绘图框会保持原来的状态直到您再次开始移动。按照不同的入射角和相应的反射角分别记录相应的电压值，然后，绘制布拉格衍射曲线。

所不同的是在您已完成采集过程后，如果您想对采集过程中“布拉格衍射实验”根据采集到的数据可以求得的参数有所了解，请在绘图框下方的“需要您输入的参数”一栏中分别输入“晶格常数”和“微波波长”两个参数的值，切记前两个参数的单位默认为“厘米”。当您按下“计算结果”按钮时，系统软件会根据您提供的已知量及采集过程中的数据，将本实验根据实际采集过程处理得到的参数——“1级掠射角”和“2级掠射角”的值分别显示在屏幕的“经采集求得的参数”框内。

实验六 驻波测量和频率测量

一、 实验目的

1. 了解各种微波器件

2. 了解微波工作状态及传输特性,学会中驻波比的测量方法. 3. 学会用谐振腔法测量微波的频率.

二、 预习内容

1. 微波的三种工作状态,以及三种驻波比的概念和测量方法. 2. 用谐振腔法测微波的频率的原理.

三、 实验设备与仪器

DH406A0型微 波 实 验 系 统

四、 实验原理

1. 微波的三种工作状态和驻波比

(1) 驻波比

实际使用时，波导不是无限长的，它的终端一般接有负载，当入射电磁波没有被负载全部吸收时，波导中就存在反射波而形成驻波，为此引入反射系数Г和驻波比?来描述这种状态。

EE??max??r?|?|ei?Emin Ei

Er、Ei分别是某横截面处电场反射波和电场入射波，?是它们之间的相位差。Emax和Emin分别是波导中驻波电场最大值和最小值。Г和?的关系为

1?|?|,1?|?| ??1|?|?.??1

??(2) 微波的三种工作状态

匹配状态:当微波功率全部被负载吸收而没有反射时，此时|Г|=0，?=1，波导内是

行波状态。

全驻波状态:当终端为理想导体时，形成全反射，则|Г|=1，?=∞，称为。 混波状态:当终端为任意负载时，有部分反射，此时为行驻波态。2. 谐振腔法测微波频率的原理

反射式谐振腔谐振曲线:它是谐振腔相对反射功率R（f）随输入微波频率f的变化曲线， R（f）定义为

Pr?f?,Pi?f?

其中Pr（f）为腔的输入端的反射功率，Pi（f）为入射功率，可以证明

R?f????f?|?0|2?4QL??f??0??2R?f??|?|?,22??f??1?4QL?f???0?

式中Г为反射系数。

2旋转波长表的测微头，当波长表与被测频率谐振时，出现吸收峰。反映在检波指示

器上的指示是一跌落点，(参见图2）此时，读出波长表测微头的读数，再从波长表频率与刻度曲线上查出对应的频率。

检波指示器指示I

谐振点 表测微头刻度 图2： 波长表的谐振点曲线

五、实验内容与步骤

1 驻波测量：

1按图一所示的框图连接成微波实验系统。 2调整微波信号源，使其工作在方波调制状态。 3左右移动波导测量线探针使选频放大器有指示值。

4用选频放大器测出波导测量线位于相邻波腹和波节点上的Imax和Imin 。 5当检波晶体工作在平方律检波情况时，驻波比S为：

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