电磁波极化实验.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
,电场在X坐标轴和Y 坐标轴上的分量分别为,,对于矢量应满足关系式:
,

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。
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()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˚以实现幅度相位的要求)。
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,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。
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