电磁波的极化实验.doc

1 电磁波的极化实验一、实验名称：电磁波的极化实验二、实验类型：认知型 三、实验学时：2 学时四、实验对象：本科生五、实验目的：掌握电磁波极化、天线极化的概念；掌握电磁波的分解与合成原理；掌握极化的马吕斯定律；了解圆极化波产生的基本原理六、实验内容：波的极化实验，圆极化天线的原理，圆极化波产生实验七、实验设备：微波分光仪一套,角锥喇叭天线二个,圆极化天线一个八、实验原理：1、电磁波的极化电磁波的极化通常是用空间中一固定点上电场矢量的空间取向随时间变化的方式来定义的如果电波传播时，电场矢量的尖端随时间变化在空间描出轨迹为一直线，则称为线极化波；如果传播时电场矢量的尖端在空间描出的轨迹为一个圆，则称为圆极化波如果传播时电场矢量尖端在空间描出轨迹为一椭圆，则为椭圆极化波2、电场的分解如图 1.1 所示，电场 在 X 坐标轴和 Y 坐标轴上的分量分别为 ， ，对于Er xEry矢量应满足关系式： yxErr，cossinEr由于电磁波的平均功率流密度（对应于光学中的光强）正比于电场强度的平方，故可得到马吕斯公式3、天线的极化本实验中，发射天线与接收天线均为矩形口径喇叭天线，又称为角锥喇叭天线，它是一种线极化天线。

按天线口面电场矢量方向与地平面的关系，可以规定水平极化和垂直极化一般情况下，如果喇叭天线窄边平行于地面，则称水平极化，如果喇叭天线窄边垂直于地面，则称垂直极化4、圆极化天线及工作原理电磁波圆极化天线是由方圆波导转换、介质圆波导和圆锥喇叭连接而成图 1.1介质圆波导可做 360°旋转，并有刻度指示转动的角度，矩形波导 TE10 波经方圆波导转换后转化为圆波导的 TE11 波，并在介质圆波导内分解成两个分量，即垂直介质片平面的一个分量和平行介质面的一个分量产品设计为频率在 9370MHz 左右，使两个分量的波相位差 90o，适当调整介质圆波导（亦可转动介质片）的角度使两个分量的幅度相等时则可得到圆极化波当圆极化波发射装置方圆波导转换（如图 1.2）使 TE10 的 EY 波过渡到 TE11 成为ER 波后，在装有介质片的圆波导段内分成 Et 和 En 两个分量的波因 Et 和 En 的速度不同，即 Vc = Vn > Vt =VC/ ，当介质片的长度 L 取得合适时，使 En 波的相位超r前 Et 波的相位 90˚，这就实现了圆极化波相位条件的要求；为使 En 与 Et 的幅度相等，可使介质片的 方向跟 Y 轴之间夹角为 α= 45˚。

若介质片的损耗略去不计，则有nEtm=Enm=1/ Erm ，从而实现了圆极化波幅度相等条件的要求（有时需稍偏离 45˚以2实现幅度相位的要求） 图 1.2 圆极化波发射（或接收）装置左旋右旋的判定：为了确定圆极化波右旋、左旋的特性，把 转到 方向符合右手螺旋规则的波，nY定为右旋圆极化波；把 转到 方向符合左手螺旋规则的波，定为左旋圆极化波n九、实验步骤： 波的极化实验1、调整系统，使发射天线和接收天线对正转动刻度盘使其 0°的位置正对固定臂（发射天线）的指针，转动可动臂（接收天线）使其指针指着刻度盘的 180°处，使发射天线喇叭与接收天线喇叭对正后固定可动臂2、为了避免小平台的影响，可以松开平台中心三个十字槽螺钉，把工作台取下另外将收发天线中间或附近的物体移开以减少环境对实验结果的影响3、调整发射天线和接收天线的极化，使得轴承环上的 0 刻度均对准固定刻度线，即使两天线均工作在垂直极化4、打开信号源，调整发射端可调衰减器上的千分尺，使得微安表的指针指向满量程5、按表 1.1a 要求记录数据6、平稳缓慢地旋转接收天线，从 0 度旋转到 90 度，每隔 10 度记录一次电表指示读数，记录在表 1.1b 中，与按要求比较得出结论。

7、将收发天线调整到水平极化固定，重复上述过程，记录在表 1.2a-b 中7、在实验老师指导下关闭系统，并将系统恢复到最初状态 圆极化波的产生实验1、将微波分光仪发射端喇叭换成电磁波圆极化天线，并使圆锥喇叭连接方式同原矩形发射喇叭连接2、调整微波分光仪的接收喇叭口面应与电磁波圆极化天线口面互相正对，即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或 0-180 刻度处3、打开信号源4、将发射喇叭旋转 45°，其内部介质片也随之旋转，内部介质片应与喇叭垂直轴线成45°此时，理论上实现了圆极化波幅度相等条件的要求5、察看电表指示，同时，旋转微波分光仪的接收喇叭，如果在接收喇叭旋转到任一角度时，电表指示基本接近，就实现了圆极化波发射6、如果电表指示差别很大，适当调整发射喇叭的角度，直到接收喇叭旋转到任一角度时电表指示接近此时，可以根据圆极化波右旋、左旋的特性来判断右旋、左旋圆极化波7、通过计算轴比判断接收到的是否为圆极化波，要求轴比 满足：，即当计算所得的结果小于 1.1 时，可认为所得到的就是圆极1.minaxinaxIE化波以上实验全部结束后，上交全部实验数据，并按要求完成实验测试题。

十、实验数据表 1.1a（发射喇叭天线置于垂直极化状态，实验过程中保持不变）调整发射衰减器及接收天线极化，使测量信号最强，此时电表指示满量程对应接收天线极化指针指示角度θ= 调整接收天线极化指针置于 0°位置测量信号 I = 调整接收天线极化指针置于＋90°位置测量信号 I = 调整接收天线极化指针置于－90°位置测量信号 I = 调整接收天线极化指针置于＋45°位置测量信号 I = 调整接收天线极化指针置于－45°位置测量信号 I = 表 1.1b（发射喇叭天线置于垂直极化状态，实验过程中保持不变）角度θ0° 10°20°30°40°50°60°70°80°90°cos2θI i0i比较第二行和第四行数据，结论为： 表 1.2a（发射喇叭天线置于水平极化状态，实验过程中保持不变）调整发射衰减器及接收天线极化，使测量信号最强，此时电表指示满量程对应接收天线极化指针指示角度θ= 调整接收天线极化指针置于 0°位置测量信号 I = 调整接收天线极化指针置于＋90°位置测量信号 I = 调整接收天线极化指针置于－90°位置测量信号 I = 调整接收天线极化指针置于＋45°位置测量信号 I = 调整接收天线极化指针置于－45°位置测量信号 I = 表 1.2b（发射喇叭天线置于水平极化状态，实验过程中保持不变）角度θ0° 10°20°30°40°50°60°70°80°90°cos2θI i0i比较第二行和第四行数据，结论为： 。