場(chǎng)實(shí)驗(yàn)七-圓極化波特性的研究

實(shí)驗(yàn)七圓極化波特性的研究一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康难芯坑倚?、左旋圓極化波的形成、輻射及接收過(guò)程。研究右旋、左旋圓極化波的反射、折射特性。右旋、左旋圓極化波的反射、折射特性的測(cè)試方法。二、主要實(shí)驗(yàn)儀器DH926B型微波分光儀DH1121B型3cm固態(tài)信號(hào)源右旋、左旋圓極化波輻射和接收天線2只金屬反射板、玻璃半透射板各1塊uA電流表三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容與原理實(shí)驗(yàn)內(nèi)容圓極化波橢圓度的調(diào)整與測(cè)試圓極化波反射折射特性的測(cè)試實(shí)驗(yàn)原理我們用右旋、左旋圓極化波輻射和接收天線來(lái)說(shuō)明圓極化波的原理，參見(jiàn)圖7-1。電磁波圓極化天線是由矩-圓轉(zhuǎn)換波導(dǎo)、有介質(zhì)片的介質(zhì)圓波導(dǎo)、圓錐喇叭構(gòu)成。E10E10TE11TE11TE10圖7-1右旋、左旋圓極化波輻射和接收天線輻射過(guò)程在矩形波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)男胁ń?jīng)矩-圓波導(dǎo)到達(dá)介質(zhì)圓波導(dǎo)，矩形波導(dǎo)內(nèi)傳輸?shù)腡E10波被過(guò)渡為T(mén)E11波；介質(zhì)圓波導(dǎo)可做360°旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)盤(pán)指針可指出轉(zhuǎn)動(dòng)角度，TE11波經(jīng)介質(zhì)片被分成兩個(gè)分量，一是垂直于介質(zhì)平面的分量En，二是平行于介質(zhì)平面的分量Et，經(jīng)介質(zhì)片分量En與分量Et經(jīng)L距離（L為介質(zhì)片的長(zhǎng)度）傳播后相位差±90°。此時(shí)，適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)動(dòng)介質(zhì)圓波導(dǎo)（角度），使得兩個(gè)分量的幅值相等時(shí)可得到圓極化波。以產(chǎn)生輻射右極化波為例，當(dāng)TE10波過(guò)渡為T(mén)E11波成為分量Er后（參見(jiàn)圖7-1），介質(zhì)圓波導(dǎo)內(nèi)介質(zhì)平面與Y軸成45°時(shí)（有時(shí)稍偏離45°），則有：，實(shí)現(xiàn)了圓極化波幅度相等的條件。由于En與Et的速度不同，即，當(dāng)介質(zhì)片的長(zhǎng)度L取得適當(dāng)，使得En波的相位超前Et波的相位90°時(shí)，滿足了右旋極化波的相位條件，此時(shí)、與z軸構(gòu)成右手螺旋規(guī)則，形成右旋極化波。我們把轉(zhuǎn)到方向符合右手螺旋規(guī)則的波定為右旋極化波；把轉(zhuǎn)到方向符合左手螺旋規(guī)則的波定為左旋極化波。右旋、左旋圓極化波輻射和接收天線中介質(zhì)片長(zhǎng)度L已定在適合9370MHz±50MHz的工作帶寬范圍內(nèi)，其橢圓度≥0.93。接收過(guò)程若要接收右旋極化波，則當(dāng)它經(jīng)過(guò)有充分長(zhǎng)度L′介質(zhì)片的介質(zhì)圓波導(dǎo)后，得到Er′，En分量處于介質(zhì)片切向t′的方向上形成Et′，而Et分量處于介質(zhì)片法線n′的方向上形成En′。由于L′介質(zhì)片的長(zhǎng)度合適，使得En′波的相位超前Et′波的相位90°，二者進(jìn)入圓-矩波導(dǎo)時(shí)實(shí)現(xiàn)了等幅同相疊加，成為T(mén)E11波的Er，并出現(xiàn)在y軸上，完成了右旋極化波的接收。同理，也可以實(shí)現(xiàn)左旋極化波的接收。無(wú)論右旋極化波的接收，還是左旋極化波的接收都應(yīng)滿足′⊥的條件，當(dāng)′∥時(shí)就接收不到極化波。綜上，輻射右旋或左旋極化波時(shí)，、與（+）三者需符合右手或左手螺旋規(guī)則；同樣，接收右旋或左旋極化波時(shí)，、與（-）三者需符合右手或左手螺旋規(guī)則。此時(shí)，必須滿足′⊥的條件，在′∥時(shí)就接收不到同類(lèi)圓極化波（矩形波導(dǎo)中只有Ex場(chǎng)分布）。這一結(jié)論為測(cè)試右旋或左旋極化波的反射、折射特性提供了理論依據(jù)。圓極化波的特性右旋極化波投射到良介質(zhì)表面時(shí)，反射波因傳播方向的改變成為左旋極化波，此時(shí)必須用左旋接收喇叭天線來(lái)接收；折射波的方向保持不變，仍屬右旋極化波，須用右旋接收喇叭天線來(lái)接收。同樣，左旋極化時(shí)也有相應(yīng)條件的要求（略）。入射波、反射波、折射波之間仍滿足能量守恒定律，即：入射波（右旋）=反射波（左旋）+折射波（右旋）；入射波（左旋）=反射波（右旋）+折射波（左旋）。四、實(shí)驗(yàn)步驟及操作方法圓極化波橢圓度的調(diào)整與測(cè)試；無(wú)論是右旋極化波還是左旋極化波，在正交軸上的場(chǎng)應(yīng)相等，即：，此時(shí)的橢圓度（事實(shí)上很難實(shí)現(xiàn)），實(shí)際應(yīng)用中就已算不錯(cuò)。實(shí)現(xiàn)須調(diào)整介質(zhì)圓波導(dǎo)中介質(zhì)片的轉(zhuǎn)角α。將右旋、左旋圓極化波輻射和接收天線作為輻射圓極化波的源，接收時(shí)用角錐喇叭天線，將角錐天線繞Z軸旋轉(zhuǎn)360°以確定其橢圓度，為輸出指示最小值，為輸出指示最大值，將測(cè)得數(shù)據(jù)填入表7-1中。圓極化波反射折射特性的測(cè)試在圓極化波反射、折射特性的測(cè)試中，將接收角錐喇叭天線換成右旋、左旋圓極化波輻射和接收天線，選擇金屬板或玻璃半透射板分別對(duì)圓極化波反射折射特性進(jìn)行研究?？紤]到接收用晶體檢波器的檢波率為平方率，能量上應(yīng)滿足關(guān)系式，這里的、、分別表示入射、反射、折射波的功率，由uA表讀出，將測(cè)得數(shù)據(jù)填入表7-2中。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理表7-1右旋、左旋圓極化波輻射和接收天線橢圓度測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表天線編號(hào)圓極化轉(zhuǎn)角±α接收接收橢圓度e1#右旋左旋2#右旋左旋表7-2圓極化波反射、折射特性測(cè)量數(shù)據(jù)記錄表圓極化波輻射狀態(tài)α=+45°α=-45°接收位置與′的相對(duì)位置′⊥′∥′⊥′∥接收直射波接收