電磁場(chǎng)與微波測量實(shí)驗總結
電磁場(chǎng)與微波測量實(shí)驗總結
一、 對實(shí)驗的建議
做完最后一次試驗后，我們八周的電磁場(chǎng)與微波實(shí)驗也結束了，在實(shí)驗中我們收獲了很多知識與經(jīng)驗，同時(shí)也發(fā)現了實(shí)驗的一些不足之處。以下是我對部分實(shí)驗的看法。
1) 希望能加強對實(shí)驗器材的管理
實(shí)驗中，我們很多次發(fā)現許多器件不足，需要各個(gè)組之間相互借用，有時(shí)還需要等到其他組做完才能繼續實(shí)驗。這不利于同學(xué)們完成實(shí)驗，而且對于實(shí)驗室的器材維護也會(huì )產(chǎn)生不利的影響。建議實(shí)驗室以后加強對于實(shí)驗器材的管理與維護，同時(shí)也加強同學(xué)們對實(shí)驗器材的重視和愛(ài)護，共同努力，創(chuàng )造一個(gè)更好的實(shí)驗環(huán)境。
2) 課程安排不太合理
微波測量是上學(xué)期學(xué)的，大家還有比較深刻的印象，對實(shí)驗原理理解的比較快，實(shí)驗進(jìn)行得也比較順利。但電磁場(chǎng)是大二學(xué)的，已經(jīng)基本都遺忘了，預習起來(lái)比較吃力，理解得也要慢一些。
3）實(shí)驗互相干擾太嚴重
由于實(shí)驗室較小，各組之間的干擾比較嚴重，幾乎每次寫(xiě)實(shí)驗誤差分析的時(shí)候都要寫(xiě)上這一點(diǎn)。其實(shí)可以通過(guò)合理安排小組進(jìn)行實(shí)驗的時(shí)間或者擴大實(shí)驗場(chǎng)地。
二、提出新的實(shí)驗
用微波分光儀測量玻璃厚度
1) 實(shí)驗目的
深入理解電磁波的反射、折射和疊加
2) 實(shí)驗設備
S426型分光儀的改進(jìn)設備
3) 實(shí)驗原理
發(fā)射波在玻璃表面反射一次，透過(guò)玻璃后經(jīng)反射板反射一次。當兩次反射博得路徑相差波長(cháng)的整數倍的時(shí)候，接受喇叭收到的信號最強。
設玻璃厚度為x，可以動(dòng)板與玻璃距離為d，θ1和θ2分別為入射角和折射角，v1和v2分別為空氣中速度和玻璃中速度。
其中θ2可由計算得出，λ、d、θ1均可以測量得到。為減小實(shí)驗誤差可選取多個(gè)入射角進(jìn)行測量。玻璃的折射率可參考以下數據。
4) 實(shí)驗步驟
1、將反射板緊貼玻璃，記下此時(shí)刻度d1；
2、移動(dòng)反射板，觀(guān)察接收信號，當信號出現一次最大值時(shí)記下此時(shí)刻度d2；
3、繼續移動(dòng)發(fā)射板，再次出現最大值時(shí)記下刻度d3；
4、更換入射角度，重復以上步驟。
5、將數據填入表格并進(jìn)行計算。
5）數據記錄
λ=（d3-d2）*2
d=d2-d1
帶入公式（3），即可求出x
三、 實(shí)驗總結
本次電磁場(chǎng)與微波實(shí)驗時(shí)長(cháng)八周，一共19個(gè)小實(shí)驗。其中因為時(shí)間的原因我們組沒(méi)有做布拉格衍射實(shí)驗。
在電磁場(chǎng)與電磁波實(shí)驗中，我們主要進(jìn)行了定律的驗證和現象觀(guān)察，包括電磁波的折射、
反射、衍射、干涉和極化等現象。由于電磁場(chǎng)與電磁波課程是在大二下開(kāi)設的，所以在實(shí)驗開(kāi)始我們發(fā)現有很多知識點(diǎn)存在遺忘現象，但還好電磁場(chǎng)實(shí)驗同我們的感性認識更為接近，所涉及知識大多跟普通物理實(shí)驗相關(guān)，在現象和定律方面我們記得還算牢靠，所以實(shí)際進(jìn)行起來(lái)也還算順手。但是電磁場(chǎng)實(shí)驗由于實(shí)驗室空間和環(huán)境的限制導致了其測量誤差較大，像極化實(shí)驗我們就不得以測了很多次最終取了多次實(shí)驗的平均值才勉強得出與定律相符合的實(shí)驗結果，但是總體而言，基本上都驗證了實(shí)驗的相關(guān)定律。電磁場(chǎng)的前兩次實(shí)驗，主要是驗證反射與折射定律，測量單縫衍射與雙縫干涉，由于在高中便已經(jīng)學(xué)過(guò)了這些知識，故而上手十分容易，不過(guò)是將待測量轉變?yōu)殡娦盘栠M(jìn)行驗證求解。第三次的實(shí)驗涉及到邁克爾遜干涉儀、平面波的極化，這些知識都是在大學(xué)物理和電磁場(chǎng)與電磁波課程中的重點(diǎn)知識，盡管有些知識點(diǎn)記得不是很清楚，但是我們都對照實(shí)驗指導書(shū)進(jìn)行了仔細的預習工作，所以實(shí)驗也還算順利的完成了。最后一次實(shí)驗是用專(zhuān)門(mén)的儀器對學(xué)校周邊的場(chǎng)強進(jìn)行測量，需要我們進(jìn)行戶(hù)外采集數據，一方面考驗了我們對實(shí)驗儀器的使用，另一方面對于整個(gè)學(xué)校的場(chǎng)強變化也有了一定了解，在這次實(shí)驗中我們組還遇到了一些問(wèn)題，一開(kāi)始我們聽(tīng)從老師的推薦選擇了97.5MHz的頻段，但測量結束后回來(lái)分析數據發(fā)現結果并不理想，場(chǎng)強的分布在校園的每個(gè)角落都十分均勻，在查資料和詢(xún)問(wèn)老師后才發(fā)現97.5MHz的發(fā)射臺在全北京都是少數，所以在北郵校園內測量起來(lái)場(chǎng)強分布并不會(huì )有很大的差別，因此我們又選擇了150MHz進(jìn)行了測量，得到了較為理想的結果。
接下來(lái)的幾周我們進(jìn)行了微波測量實(shí)驗，實(shí)驗中主要運用了實(shí)驗儀器測量了一些上個(gè)學(xué)期微波課程中的基本變量，例如波導波長(cháng)、駐波比和介電常數等。讓我們從動(dòng)手操作實(shí)驗儀器的角度更加深刻的理解了其中的原理。實(shí)驗中我們學(xué)習了微波信號源、微波功率計的使用，同時(shí)了解了波導測量線(xiàn)系統。在此基礎上進(jìn)行了一系列的實(shí)驗，首先是信號源波長(cháng)功率的測量和測量波導波長(cháng)，這兩個(gè)實(shí)驗較為簡(jiǎn)單，指導書(shū)上也對相關(guān)知識點(diǎn)有詳細的說(shuō)明，基本上是對微波測量系統的熟悉過(guò)程，我們通過(guò)這個(gè)實(shí)驗學(xué)習了波長(cháng)計的使用和兩種定標方法。第二次實(shí)驗是微波駐波比的測量和阻抗匹配，此次實(shí)驗的前半部分做起來(lái)遇到了很大的問(wèn)題，由于儀器精準度等很多問(wèn)題導致短路和開(kāi)路的駐波比無(wú)法通過(guò)等指示度法測量出來(lái)，在和老師同學(xué)們的共同探討中我們最終利用了儀器本身說(shuō)明書(shū)中的方法粗略估計出了相應駐波比，但是和理論值仍存在很大誤差，但也只得作罷。關(guān)于后一個(gè)阻抗匹配的實(shí)驗，由于上個(gè)學(xué)期已經(jīng)做過(guò)相應的仿真實(shí)驗，所以在實(shí)驗仿真上并沒(méi)有太大的困難，雖說(shuō)老師說(shuō)我們因為是第一個(gè)做這個(gè)實(shí)驗的班級，在調阻抗匹配時(shí)有可能會(huì )耽誤一些時(shí)間但是我們還算是比較快地完成了實(shí)驗。最后一次的微波實(shí)驗是用諧振腔圍繞法測量介電常數和天線(xiàn)特性測量，雖然方法和實(shí)驗的思想都沒(méi)聽(tīng)說(shuō)過(guò)，但是實(shí)際上開(kāi)始做之后我們就發(fā)現不過(guò)就是新增加了一個(gè)波導測量線(xiàn)系統的應用，本質(zhì)上仍然是微波各個(gè)參數的測量，最后進(jìn)行數據處理即可。
全部實(shí)驗完成以來(lái)，現在重新回顧整個(gè)實(shí)驗歷程，感覺(jué)受益良多，經(jīng)過(guò)這個(gè)學(xué)期的實(shí)驗課，讓我更加直接地理解了微波的應用，對于微波測量的了解，不僅增長(cháng)了我對這門(mén)課的興趣，也提高了我的動(dòng)手能力，希望以后學(xué)校能夠增加更多這種實(shí)驗，一邊研讀理論知識另一方面動(dòng)手實(shí)踐，對于學(xué)習電磁場(chǎng)和微波的課程都有著(zhù)十分好的效果。
最后感謝學(xué)校學(xué)院安排此次試驗，并且感謝老師的悉心指導，讓我在實(shí)驗課中收獲很多。
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