微波通信实验讲义

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1、微波通信实验讲义 （试用版）游佰强、徐伟明厦门大学电子工程系2004年3月目 录前 言一、微波分光仪概述二、微波分光仪工作原理三、微波分光仪系统成套性四、分光仪的机械结构的安装与调整五、分光仪软件安装六、分光仪使用方法实验一、反射实验2单缝衍射实验3双缝干涉实验4迈克尔逊干涉实验5无损介质介电常数实验6偏振实验7布拉格衍射实验8极化波的产生/检测9圆极化波左旋/右旋10圆极化波反射/折射11软件的补充说明七、保修期限八、附录前 言 随着现代通信技术的迅猛发展，了解电磁波传播特性、现代射频电路及其器件的设计方法已经成为电子工程和通信工程领域的一个重要环节。 此实验教程安排上与传统微波技术实验有较

2、大差异，更强调为现代通信技术及微波射频器件设计技术等服务的工程理念。 本微波通信实验教程的安排上是由浅入深的让同学们从电磁波的传输特性如反射、衍射、干涉入手，进而探讨介质对电磁波传播的影响、电磁波的偏振特性；介绍传统微波测量线及基本微波器件的工作原理，包括现代蓝牙通信等基础知识。 在微波射频技术方面将介绍美国AWR公司的Microwave Office 设计软件的基本使用方法，直接与现代工程需求相结合。 目前教程和项目仍在不断完善之中，欢迎老师同学们提出宝贵意见，也请同学们访问教学网站210.34.10.115下载有关微波传输线、圆图、微带线等现代仿真试验内容，自行加深对课堂教学内容的理解。

3、游佰强 2003年3月与厦门大学一、微波分光仪概述DH926U型微波分光仪自动测试系统适合于高等院校和中等专业学校做普通物理教学的波动实验。它与DH926C型微波分光仪的不同之处是，其单缝及双缝板的缝隙周围加有微波吸收材料，使单缝及双缝实验曲线更接近本说明书给出的典型数据；与DH926B型微波分光仪的不同之处是，为便于计算机显示实验结果，在DH926B型微波分光仪预留的角度传感器及距离传感器的安装位置安装了相应的角度传感器和距离传感器，用户将DH926B型微波分光仪正确连接DH926AD型数据采集仪及DH1121B型三厘米固态信号源后，便可通过USB传输线直接与计算机联机。我们还根据本套系统的

4、实验内容编制了DH926U型微波分光仪自动测试系统Windows版本的应用软件，使用户操作简单，实验结果更直观、明显。DH926AD型数据采集仪是专为配合DH926B型微波分光仪使用的计算机采集测试仪器。数据采集仪根据微波、电磁场检波原理，采用微电流放大系统，检波信号经过全波整流电路后输出直流信号送A/D。A/D为通用型8通道12位，A/D接收检波后的直流信号，经过多通道选择电路送内置采样保持放大器，使信号在转换期间内保持不变。由光电传感器提供的场地址定位计数脉冲，同样送A/D由软件控制计数，按照工业标准完成12位模/数转换。 二、微波分光仪工作原理 微波虽然有许多和无线电波不同的地方，但就电

5、磁波的本质来说，仍然具有波动的某些共同特点，反射、折射、绕射、干涉、偏振以及能量传递等方面仍显示出波动的通性。我们正是充分利用它的这一通性，模仿光学实验的基本方法，开展了下列几个极有意义的实验，以培养学生的基本技能和加深对电磁波的认识。三、微波分光仪系统成套性DH926U型微波分光仪自动测试系统主要包含DH926B型微波分光仪、DH926AD型数据采集仪及DH1121B型三厘米固态信号源三部分。下面分述每部分仪器的成套性： 1DH926B型微波分光仪的成套性序号名称数量1分度转台12喇叭天线（矩形）23可变衰减器14晶体检波器15视频电缆 16反射板27单缝板18双缝板19半透射板110模拟晶

6、体（模拟晶体及支架）111读数机构112支座113支柱414模片115技术说明书12DH926AD型数据采集仪的成套性序号名称数量1主机12光栅33通道电缆线34USB电缆线15保险丝管（0.5A）26电源线17视频电缆 18配套光盘（含硬件驱动、应用软件、使用说明等）13DH1121B型三厘米固态信号源的成套性 序号名称数量1主机12振荡器/隔离器单元13技术说明书14保险丝管（0.5A，1A）各15电源线16技术说明书1 其中，DH1121B型三厘米固态信号源的三厘米固态振荡器发出的信号具有单一的波长（出厂时信号调在=32.02mm上），这种微波信号就相当于光学实验中要求的单色光束。 DH

7、926B型微波分光仪的喇叭天线的增益大约是20分贝，波瓣的理论半功率点宽度大约为：H面是20，E面是16。当发射喇叭口面的宽边与水平面平行时，发射信号电矢量的偏损方向是垂直于水平面的；可变衰减器用来改变微波信号幅度的大小，衰减器的度盘指示越大，对微波信号的衰减也越大；晶体检波器可将微波信号变成直流信号或低频信号（当微波信号幅度用低频信号调制时）。 当以上这些元件连接时，各波导端应对齐。如果连接不正确，则信号传输可能受破坏。四、机械结构的安装与调整 本DH926B型微波分光仪分度转台的安装与调整已经完成， 并放置在每位同学的实验桌上，请同学们自行熟悉仪器， 不要随意改动设置。DH1121B型三厘

8、米固态信号源的安装在DH926B型微波分光仪喇叭天线的可变衰减器上。如要改变参数，请参照波长表设定。注意：开机前先不要按振荡器的连线（取下“输出”）插座，打开电源，状态选“等幅”，电压表应指在12V，检查电流应洁净于零。=表示电源工作正常。为了防止意外，应关断电源后在重新连接线，再打开电源，此时信号源可以正常工作。DH926AD型数据采集仪配套的三个光栅分别安装在DH926B型微波分光仪的预留的相应位置上。然后将视频电缆的两端分别接在DH926AD型数据采集仪的检波输入和DH926B型微波分光仪的接收喇叭天线连接的检波器插座上。最后根据每个实验的不同内容，将通道电缆线的两端分别连接到光栅和数据

9、采集仪的相应通道输入口上。五、软件安装应用软件已经安装在电脑的C盘，请参照相关实验项目选择运行。开始所有程序DH926型微波分光仪自动测试系统usb-dbg 六、实验内容及使用方法本实验系统主要可以完成七个典型的波动实验。同学们如果感兴趣也可根据情况或再增加适当的附件做更多的实验。例如演示台上有DH30003型栅网组件与本系统组合使用时，满足相应的条件就可得到线极化、圆极化和椭圆极化的电磁波，通过三种极化波的产生、检测，可以了解电波极化的概念；选用DH30002型极化天线组件与本系统组合使用时，可用于多种电磁波实验，产生圆极化波，实现圆极化波反射和折射特性的实验等等。 实验一 反射实验： 电磁

10、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：图13 反射实验系统构建时，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

11、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”

12、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。图14 启动界面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

13、.5/62）2）软件指南：图16 “建议”提示框图15 系统主菜单运行应用软件，出现如下启动界面（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

14、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。图17 输入采集参数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，图18 试采集界面功能键很少，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

15、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！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图20 “是否保存”界面界面（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”图21 提示框的值。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），如果您是首次采集，请单击“开始新的采集按钮”。如果您刚

16、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。图22 采集示例如果您刚刚选择了“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

17、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。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，将本图25 计算结果示例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）。图27 保存数据

18、对话框采集结束后，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。图28 打印对话框采集结束后，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印机型号，可以点击“Properties”按钮对打印

19、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图29 打印机属性设置在采集过程中，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，

20、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）。图30 复选框设置 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。 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）。 实验二、单缝衍射实验：a图31 单缝衍射原理如下图（图31）所示，当一平面

21、波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，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，即一级极小，此时衍射角为，其中是波长，是狭缝宽度。两者取同一长度单位，然后，随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为：。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

22、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。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

23、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。图33 “建议”提示框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” 提示框（如图33），这是应用

24、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

25、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“

26、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

27、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

28、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图35 警告提示框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

29、，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

30、验：baa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，这里设为双缝的间距，仍为缝宽，接近波长，例如：，图 37双缝干涉原理，这时单缝的一级极小衍射角接近53度。因此取较大的，则干涉强度受单缝衍射的影响小；反之，当较小时，干涉强度受单缝衍射影响大。干涉加强的角度为：，式中；干涉减弱的角度为：，式中，。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

31、论。当取不同的值，实验结果可通过采集过程表达出来，此处不再赘述。 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

32、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

33、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：B（可移反射板）发射喇

34、叭接收喇叭A（固定反射板） 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，一束被反射沿方向传播，另一束被折射沿方向传播。后由于、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，最后到达接收喇叭处。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。因此在方向上放一固定的全反射板，让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，方向的反射板就移动（为波长）的距离因此由这个距离就可求得平面波的波长。图39 迈克尔逊干涉原理1） 系统构建指南：

35、图40 迈克尔逊干涉布置 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

36、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）。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，根据上述实验原理，求得

37、波长。 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

38、，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。 实验五、无损介质介电常数实验： 利用相干波的原理，把具有厚度为的待测介电常数的介质板样品放在固定全反射板或可移动的全反

39、射板处，（注：需紧贴固定全反射板或可移动全反射板），由于待测介电常数的介质板的引入，使DH926AD型数据采集仪表头零指示不再为零，在移动可移动的全反射板一定距离L后，DH926AD型数据采集仪表头再次指示为零。最后根据可动全反射板移动的距离L的值引起的相位变化得出待测介质板的介电常数值。 1）系统构建指南： 系统布置同迈克尔逊干涉实验布置，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

40、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）。不同之处是实验开始时，无需放置待测介电常数的介质板，而在软件数据采集过程中，软件提示您需要放上待测介质板时，请将介质板紧贴DH926B型微波分光仪固定全反射板或可移动全反射介质板放置即可。 2）软件指南： 软件操作也与上述四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”的第五个子菜单项“无损介质介电常数实验”，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

41、，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”与迈克尔逊干涉实验类似。采集过程中，匀速转动DH926B型微波分光仪读数机构上的手柄，使可移动的全反射板随之匀速移动。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“无损介质介电常数实验”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“介质板厚度”、“微波波长”和“相位常数”三个参数的值，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“介电常数”、“介质中微波波长

42、”和“介质中相位常数”的值分别显示在屏幕的“经采集求得的参数”框内。 实验六、偏振实验： 平面电磁波是横波，它的电场强度矢量E和波长的传播方向垂直。如果E在垂直于传播方向的平面内沿着一条固定的直线变化，这样的横电磁波叫线极化波。在光学中也叫偏振波。电磁场沿某一方向的能量有的关系。这就是光学中的马吕斯定律：，式中为初始偏振光的强度，为偏振光的强度，是与间的夹角。 1）系统构建指南：如图41，DH926B型微波分光仪两喇叭口面互相平行，并与地面垂直，其轴图41 偏振实验线在一条直线上，由于接收喇叭是和一段旋转短波导连在一起的；在旋转短波导的轴承环的90度范围内，每隔5度有一刻度，所以接收喇叭的转角

43、可以从此处读到。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型微波分光仪接收喇叭天线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3）。顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）匀速转动微波分光仪的接收喇叭，就可以得到转角与接收指示的一组数据，并可与马吕斯定律进行比较。 做实验时为了避免小平台的影响，可以松开平台中心三个十字槽

44、螺钉，把工作台取下。做实验时还要尽量减少周围环境的影响。 2）软件指南： 软件操作也与上述五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”的第六个子菜单项“偏振实验”，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”与上述五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，顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）匀速转动DH9

45、26B型微波分光仪的接收喇叭。b)在您采集过程后，您可随时终止采集过程，此时采集点纵坐标的值即为当前实际的偏振强度，而理论的偏振强度可通过软件的数据处理得到，本实验可让您实时验证马吕斯定律的正确性。终止采集过程后，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理论和实际参数“偏振强度”的值分别显示在屏幕的“参数理论值”和“经采集求得的参数”框内。 实验七、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

46、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，当满足条件时（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

47、角（即通称的掠射角），这时布拉格方程为。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

48、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

49、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

50、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。实验八、极化波的产生/检测：DH30003型栅网组件是由两个栅条方向相差90的栅网组成。栅网（见图43）是在一金属框架上绕有一排互相平行的金属丝，以反射平行金属丝的电场，DH30003型栅网组件与本厂的DH926B型微波分光仪组合使用可获得圆极化波。波的极化是用以描述电场强度空间矢量在某点位置上随时间变化的规律。无论是线极化波、圆极化波或椭圆极化波都可由同频率正交场的两个线极化组成。若他们同相（或反相

51、）、等幅（或幅度不等）其合成场的波认为线极化波；若它们相位相位差为90，即=90，幅度相等，合成场波为右旋或左旋圆极化波；若它们相位差为090，幅度相等（或幅度不等），合成场波为右旋或左旋椭圆极化波。图44是用栅网组件实现波极化的原理图。图43DH30003型栅网组件 图44 栅网实现波极化的原理图Pr1为垂直栅网，Pr2为水平栅网，当辐射喇叭Pr0转角45后，辐射波的场分为E与E两个分量，Pr1则反射E分量，而 E分量透过垂直栅网被吸收；Pr2则反射E分量，而 E分量透过水平栅网被吸收。这是转动接收喇叭Pr3，当Pr3喇叭E面与垂直栅网平行时收到E波。经几次调整辐射喇叭Pr0的转角使Pr3接

52、收到的|E|=|E|，实现了圆极化的幅度相等要求。然后接收喇叭Pr3在E与E之间转动，将出现任意转角下的|E|E|（或|E|）。这时改变Pr2水平栅网位置，使Pr3接收的波具有|E|=|E|=|E|，从而实现了E与E两个波的相位差为90，得到圆极化波。由于测试条件所限，|E|与|E|、|E|不可能完全相等，Pr3转角0360时，总会出现检波电压的波动，这时虽有Emin/Emax0.93，即椭圆度为0.93。可以认为基本上实现了圆极化波的要求。1）系统构建指南：如图45，使DH926B型微波分光仪两喇叭口面互成90，半透射板与两喇叭轴线互成45，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

53、的旋孔，使其固定在底座上。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 图45 栅网实验数据采集仪的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型微波分光仪接收喇叭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3）。首先，将垂直（或水平）栅网Pr1插在平台上，另一个与之垂直的栅网水平（或垂直）栅网Pr2插在读数机构上，用我们提供的钢板尺测量一下半透射板到两个栅网的距离，调整

54、读数机构直至半透射板到两个栅网的距离相等。然后，将辐射喇叭Pr0旋转45后，先用我们提供的全吸收板挂在水平（或垂直）栅网前，将其遮挡，开启DH1121B型三厘米固态信号源。如果遮挡的是水平栅网，将接收喇叭Pr3口面平行地面放置；如果遮挡的是垂直栅网，将接收喇叭Pr3口面垂直地面放置。适当左右调整未被遮挡的栅网观察DH926AD型数据采集仪表头指示，使表头指示取得原指示附近的最大值，此时，将栅网下支柱的拨棍螺钉旋紧，并记录下DH926AD型数据采集仪表头指示。此后，将全吸收板从水平（或垂直）栅网前取下，将其挂在另一个栅网垂直（或水平）栅网前，将其遮挡，接收喇叭Pr3口面放置同上。适当左右调整未被

55、遮挡的栅网观察DH926AD型数据采集仪表头指示，使表头指示取得原指示附近的最大值，对比此时的最大值和您之前记录的DH926AD型数据采集仪表头指示值，若不相同，适当改变辐射喇叭Pr0的角度。然后，重复以上字体加粗的步骤。最终的结果是要使得此时的最大值和您之前记录的DH926AD型数据采集仪表头指示值相同，调整好后，旋紧栅网下支柱的拨棍螺钉。接着，取下全吸收板，旋转接收喇叭Pr3口面，使其分别处于与地面水平、垂直状态，观察数据采集仪表头指示，应使两个指示值基本相同，才能满足圆极化波|E|=|E|的要求。若两次表头指示不同，适当调整辐射喇叭Pr0的角度，务必使两个指示值基本相同，方能实现圆极化的

56、幅度相等要求。最后，改变Pr2水平（或垂直）栅网位置，使接收喇叭Pr3接收的波具有|E|=|E|=|E|，此时，旋转接收喇叭Pr3到任意角度，DH926AD型数据采集仪表头指示值基本相同，从而实现了E与E两个波的相位差为90，得到圆极化波。2）软件指南：软件操作也与上述七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”的第八个子菜单项“极化波的产生/检测”，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”与偏振实验类似。所不同的是您的

57、采集过程需在您已将本系统调整成满足圆极化幅度相等的条件后方可开始，在您适当调整Pr2水平（或垂直）栅网位置后，点击“开始采集”按钮，选择“开始新的采集”按钮，顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）匀速转动接收喇叭Pr3，在显示屏上通过采集的图形观察接收喇叭Pr3在任意角度时的幅度变化，若差别很大，需要重新调整Pr2水平（或垂直）栅网位置，然后重新开始采集工作，直到采集的图形幅度变化不明显为止，此时，得到圆极化波。实验九、圆极化波左旋/右旋：DH30002型电磁波极化天线（如图46）是电磁波综合测试组件之一，它是用来使电磁波极化的元件，它与DH926B型微波分光仪配套使用。可用于多种电磁波实验，产生

58、圆极化波，做圆极化波反射和折射特性的实验。适合于高等院校做教学实验。电磁波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46 DH30002型电磁波极化天线介质圆波导可做360o旋转，并有刻度指示转动的角度，当TE10波经方圆波导转换到圆波导口面时则过渡为TE11波，并在介质圆波导内分成两个分量的波，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。当圆极化波辐射装置方圆波导（如图47）使TE10的EY波过渡到TE11成为ER波后，在装有

59、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=45，若介质片的损耗略去不计，则有Etm=Enm=1/ Erm ，实现了圆极化波幅度相等条件的要求（有时需稍偏离45以实现幅度相位的要求）。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，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。本组件中介质片长度L已定在适合于9370MHz50MHz的带宽范

60、围内工作，其椭圆率0.93。波极化天线除作为圆极化波工作外，也可作线极化波、椭圆极化波工作使用。作为线极化波工作时，介质片与Y轴相垂直（或平行）。作为椭圆极化波工作时，介质片与Y轴夹角可在=045之间。图47 圆极化波辐射（或接收）装置1）系统构建指南：系统构建时，如图48，将DH926B型微波分光仪发射端喇叭换成DH30002型电磁波极化天线，即如图44所示的圆锥喇叭，并使圆锥喇叭连接方式同原矩形发射喇叭连接（圆锥喇叭的方圆波导转换仍连接微波分光仪的衰减器和DH1121B型三厘米固态信号源的振荡器）； DH926B型微波分光仪的接收喇叭（矩形喇叭）口 图48 圆极化波左旋/右旋实验面应与DH

61、30002型电磁波极化天线（圆锥喇叭）口面互相正对，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90刻度或0-180刻度处。此时，察看DH1121B型三厘米固态信号源和DH926AD型数据采集仪的电源是否开启，若为开启，将其开启。将辐射喇叭（圆锥喇叭）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。察看DH926AD型数据采集仪表头指示，同时，旋转DH926B型微波分光仪的接收喇叭（矩形喇叭），如果数据采集仪表头指示在微波分光仪的接收喇叭旋转到任一角度时基本接近，就实现了用DH30002型电磁波极化天线得

62、到了圆极化波；但如果表头指示差别很大，适当调整辐射喇叭（圆锥喇叭）的角度，直到接收喇叭旋转到任一角度时数据采集仪表头指示接近。此时，我们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。2）软件指南：软件操作也与上述八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”的第九个子菜单项“圆极化波左旋/右旋”，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”与偏振实验类似。所不同的是您的采集过程需在您已将本系统调整成满足圆极化幅度相等的条件后方可开始，点击“开始采集”按钮，选择“开始新的采集”按钮，顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）匀速转动DH926B型微波分光仪接收喇叭（矩形喇叭），在显示屏上通过采集的图形观察接收喇叭在任意角度时的幅度变化，采集的图形幅度变化不明显，得到圆极化波，然后，根据圆极化波右旋、左旋的特性来判断得到的极