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1、实验二 电磁波极化的研究实验三 电磁波极化的研究 1. 实验目的 研究线极化波、圆极化波、椭圆极化波的形成和特点。 了解线极化波、圆极化波和椭圆极化波特性参数的测试方法 2. 实验原理与说明 电磁波极化是指波在无限大均包媒质中传播时，在空间某点位置上电场强度矢量E随时间变化的规律。当E末端总在一直线上周期变化时，称为线uv极化波，当E末端的轨迹是圆时，称为圆极化波；若圆轨道运动uvuv与波前进方向符合右手螺旋规则时，则称为右旋圆极化波，无论是线、圆或椭圆极化波都可由两个同频率的正交场线极化波组合而成。设两同频率正交场线极化波为 uuv-j(bx-fx) Ex=Exmeuuv-j(bx-fy)E
2、y=Eyme 1) 组成线极化波如图所示，式和式中，当fx-fy=0,Exm=Eym(或ExmEym)时，两个波在空间叠加 uvvuv E=xEx+yEy=Eme-j(bz-f) 式中 uuvvuvEm=xExm+yEym 合成场矢量E的方向与x轴夹角不变，即： q=arctg(EymExmEyEx)=arctg(EEymxmuv=)常数 若 的值不同，则 q为不同的定值，从而获得合成场矢量末端沿直线轨迹周期变化的极化波。若Eym=0则=0这时线极化波为在空间某点的场，且仅在x轴方向上周期变化。同理，线极化波也可以分成为频率相同、场相垂直的两个线极化波。 2）组成圆极化波 根据式和，若Exm=
3、Eym=Em，及fx=0,fy=-p2,这时合成波可写成： uvvuvvuv-jbE=xEx+yEy=Em(x-jy)e2 uv合成场E与x轴的夹角为 EyExcos(wt-bz0+)=arctg()2)=wt-bz0cos(wt-bz0)pq=arctg(当z=zq时，q随时间向正值增大，合成场矢量末端按右手螺旋规则作圆周运动，故称为右旋圆极化波，如图所示 同理，可得左旋圆极化波E=Em(x+jy)e-jbz 和q=arctg(这里有Exm=Eym=Em,及fx=0,fy=p2uvvuvEyEx)=-(wt-bz0),fx-fy=-p2ur随时间增加E矢量末端运动轨迹符合左手螺旋定则，故称左
4、旋极化波，如图所示组成椭圆极化波 当式和式所表示的两个线极化波，幅度不等，相位差仍为/2时，可得椭圆长短轴分别在x轴和y轴的椭圆极化波。如ExmEym，jx=0,jy=p/2，则可得到左旋椭圆极化波。 当然，椭圆极化波可由两个同频率幅度不等的左，右旋圆极化波组成。如图所示，若将式和式改写为 E=Eexxm-j(bz-j)x=(E-j(bz-j)yxm1+Exm2)e-j(bz-j)x -j(bz-j)yE=Eeyym=(Eym1+Eym2)e因jx=0，jy=-p2，及ExmEym，Exm1=Eym1=Em1，Exm2=Eym2=Em2，因而两个线极化波合成场波为 urxme-jbz-jxEy
5、mE-jbz=(x-jy)Em1e-jbz+(x+jy)Em2e-j E=xE由上式可见，两个线极化波合成的椭圆极化波，也可以看成两个幅度不等的右旋和左旋极化波合成而得。 图示是实现各种极化波的装置。金属丝栅Pr1和Pr2的功能，是分别反射E1r和E2rP的波。两反射波在接受喇叭Pr8内实现相加的过程如图所示。根据图中条件得 E1r=-EiRTTe-jkz1=E1me-jf1E2rP=-EiPRPTPTPe-jkz2=E2mPe-jf2为使辐射喇叭同时产生Ei与EiP两个入射波，只需将Pr0转动一个角度，使入射场Ei分成同频率的两个正交场 EiEisin EiP=Eicos 如图所示，当图中4
6、50时，EiEiP，但这并不意味着E1m=E2mP，其理由是RRP，可见，要实现幅度相等，必须有如下等式 EisinaRTT=EicosaRPTPTP 在介质er和投射角qi确定后，调整角，即可实现两个线极化波幅度相等的要求，作为相位条件，当改变Pr2的位置为l0使z2-z1=/4,即可实现可见用正交金属丝栅装置，可以方便的获得圆极化波。若使Pr2处f2-f1=p/2。于l1=l0/4位置处，则可获得线极化波；若Pr2处于任何位,即可获得椭圆极化波。 3. 实验内容 圆极化波的调整与测试 首先，调整测试设备的Pr0的转角d,使Pr3分别接收的E1r和E2rP幅度相等，这时d50o，同时Pr0P
7、r1Pr2Pr3的口面垂线彼此相垂直。其次改变Pr2,使Pr3处于0360oo任何转角时，其接收的场幅度不变，找到l0处，可获得圆极化波。由于各种误差使 E1r和E2rP总有差别，我们用圆极化波的椭圆度e来表示，最后把测试数据填入下表中。 圆极化波及椭圆度测试表 Pr3接收EmI1=EPr2 l0位置： Isina,E2mPIn=EIcosa Pr0的转角 qr 0 10 20 30 40 IminImax50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 I(mA) EI 圆极化波椭圆度e= (2)线极化波的调整与测试。利用圆莱顿化波所测数据： E1
8、m=E2mP及改变Pr2位置，使l1=l0p4,即可获得线极化波。由于合成波场强最大值方向由E1r和E2rP决定，因此Pr3的转角为： qr=arctgE1mE2mP=EisinaRTTEjcosaRTTPPP若a=45o，则qr245o.若E1m=E2mP，则qr=45o,填表 qr(o) I(mA) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 EEmcos(q0-q2) 椭圆极化波的调整与测试 可利用已调整的E1r与E1rP的幅度相同条件，改变金属丝栅位置l2,实现l0l2(l0/4)。测试方法与上相同。 4.实验仪器 26A型电磁波综合测试仪，测极化用的金属丝栅附件一套 1211型3cm固态信号源一台 一只或XF-01型选频放大器一台 5.实验报告内容与要求 1实验目的 2实验数据表 3分析圆极化波测试值与理论值之间存在差别的原因 4用金属丝栅实现线、圆、椭圆极化波时，为什么在其后加微波吸收材料。 5实验中的体会和收获
