λg/mm
41.6
38.9
39.5
40
λg/mm 均值
40.0
λ0/mm
30.1
6. 用直接发测量计算电压驻波比（实际测量时，读取的是电压值）
1
2
3
4
Vmax/mV
210
208
200
200
Vmin/mV
50
48
50
40
ρ
2.09
7. 按照实验原理测量计算 lmin，并求出归一化阻抗值和实际阻抗值。
DT DA l������������������ 电长度
ρ
=
Emax ������min
=
√������������mmainx
在电压驻波系数1 < ρ < 1.5时，可以测量几个节点，取平均值。
ρ = √������m������amxi1n1++������m������maxin22++⋯⋯+������m������minanxn
当驻波系数1.5 < ρ < 5，直接读出������max和������min即可。 3. 测量阻抗
2. 预热信号源。设置信号源。载波设置：频率 10GHz，功率 15dBm；调制方式设置：AM，1KHz 方 波调制，调制深度>90%。
3. 预热选频放大器。
4. 插入驻波测量线探针，将探针移到两个波节点的中点，调节谐振回路使测量放大器指示最大。
5. 将波导测量线插入终端短路，用两点法测量导波波长
1
99.25 107.60 8.35 0.208
归一化阻抗
1.54 − 0.7i
实际阻抗
77 − 35i
五． 实验结果整理与分析
���̅���L
=
1−������ρtanβlmin ρ−jtanβlmin
=
1.71
−
j0.68。和在圆图上所得到的数值相近。
Smith 原图示意
DA DT
六． 思考题
1. 实验中波导系统的频响特性由哪些因素决定？ 由波导系统的尺寸、大小、探针深度、材料等因素决定。
电磁场与微波实验一
（一）动画演示：电磁波在矩形波导、平行双线、同轴线中的传播特性
（二）自由空间电磁波波长的测量和矩形波导截止特性的研究
一．实验目的
1. 了解电磁波综合测试仪的结构，掌握其工作原理。 2. 在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察与了解电磁波传播特性。 3. 熟悉并利用相干波原理，测量自由空间内电磁波波长，并确定相位常数。 4. 研究电磁波在矩形波导中的截止特性。 二．实验原理
二． 实验原理
1. 测量波长
为了测量波导波长，首先要在波导测量线上 测量两个相邻波节点的位置， 其差值的二倍即为
波导波长，再由波导波长计算出信号波长。
矩形波导中的H10波，自由波长λ0与导波波长λg满足公式：
λg =
������0
√1 − (2���������0���)2
其中 a 为矩形波导宽边尺寸。 采用两点法精确地确定驻波节点的位置。 2. 测量电压驻波系数 可以用直接法测量求得驻波系数，即直接测量驻波腹点和节点处的电表读数，电压驻波系数为：
明显，反射越大，同样，对于开孔金属板，当孔径
a
满足λ
2
>
a时，不用极化方向的电磁波截பைடு நூலகம்衰减，
被反射。
实验中，分别观察不同尺不同方向的开缝金属板及开孔金属板对电磁波的反射与透射效果。通
过实验观察到的现象掌握波导中电磁波的截止特性。
三．实验内容
1. 空间电磁波的测量 （1） 了解电磁波综合测试仪的工作特性、使用方法，特别要熟悉与掌握利用相干波原理测试电 磁波波长的方法。
53.87 37.37 22.79 6.11 31.84
54.89 38.42 23.01 6.72 32.11
λ的平均值/mm
31.97
传播常数K = 2π = 196.5m−1。
������
（7） 用频谱仪和线天线测量电磁波频率f0，算出λ0,进行比较。 f0 = 9.3738������Hz，λ0 = 32.00mm。
反射次数差太大，电磁波的幅度相差很大，形成干涉的波峰波谷不明显，无法测准波长λ。
2. 如何根据天线反射面的开缝方向判断电磁波的极化方向？
天线反射面让反射波最大、透射波最小时，反射面开缝方向与电磁波极化方向垂直，此时沿开
缝方向未横向，极化方向为纵向。
3. 为使开缝板达到更好的截止效应，对缝宽与板厚有什么要求？
44μA
横向
81μA
放置窄缝金属板
纵向
0μA
横向
67μA
放置开孔金属板
0μA
（3） 分别纵向放置窄缝金属板和放置开孔金属板，转动金属板使其法向与反射喇叭成30°夹角。 转动接收喇叭，读取反射角为30°时检波指示器的读数并记录。
入射角为30°
入射功率
反射功率
纵向放置窄缝金属板
84μA
61.5μA
放置小孔金属板
2. 开口波导的驻波比ρ ≠ ∞，为什么？ 因为波导不是理想的，不能实现Γ = −1 ，Emin 无法达到零，开口波导的驻波比 ρ≠∞。
寸小雨二分之一波长时，波截止，无法通过，几乎全部被反射。
六．思考题
1. 用相干波测电磁波波长时，图中介质板放置位置若转 90°，将出现什么现象？这时能否测准λ？
为什么？
翻转 90。后，电磁波主要可以通过反射一次后到达接收喇叭，或者经透射-反射-反射-反射-透射
后再到达接受喇叭，（其他多次射反射到达衰 减太大不计）而上述两种到达接 收喇叭的过程中透射
（2） 测λ值。移动可动板 B，并测得相应接收零值 B 板的位置 d，根据测得的 d 值及 n 值，计算λ、 K。
（3） 用频谱仪和线天线测出信号源频率，并计算波长 λ0(������0 = ������/������0)，并与所测波长λ进行比较。 2. 矩形波导截止特性的研究
（1） 掌握矩形波导的截止特性。 （2） 研究不同开缝金属板的反射与投射效果。 四．实验步骤 1. 自由空间电磁波波长的测量
2. 矩形波导的截止特性研究
（1） 整机机械调整，使得PR、PT相向，轴线在同一条水平线上。适当调整可变衰减器，使在波 腹位置时电流表的示数大于80μA。
（2） 分别在两个喇叭中间纵向、横向安装宽缝金属板、窄缝金属板和开孔金属板，分别读取检
波指示器的度数并记录。
直接接收示数
84μA
放置宽缝金属板
纵向
移动 B，从左往右和从右往左分别在电流表出现10μA时，记录机械刻度e1、e2，第一个零 值刻度为其均值。
（5） 继续移动 B 板，测出 3 个 0 值，求出波长。
（6） 数据记录，计算传播常数 K。
1
2
3
d1/mm d2/mm d3/mm d4/mm λ/mm
54.48 37.73 23.16 6.56 31.95
2
3
4
5
6
7
8
T1
141.90 120.10 121.40 102.40 141.90 122.08 135.07 114.86
T2
135.80 116.00 116.00 96.10 135.70 116.02 129.17 109.37
Tm
138.85 118.05
118.7
99.25 138．80 119.05 132.12 112.12
1. 自由空间电磁波波长测量 两路等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内以相同或相反方向传播时，由于初始相位
不同发生干涉现象，在传播路径上可形成驻波场分布。
本实验利用相干波原理，使得接收喇叭处的两路电磁波分别为： Er1 = −������T0 ������c������0i������−jΦ1， Er2 = −������T0 ������c������0i������−jΦ2。 其中Φ1 = KL1，Φ2 = KL2。 通过移动一个活动金属板 B，改变两路光线的光程差，看最后的合成光的强度变化。当������������ =
2. 矩形波导的截止特性研究
电磁波透过不同的金属板的现象如下：纵向放置宽缝金属板时电磁波衰减较大，横向放置时衰
减较小；纵向放置窄缝金属板时电磁波截止，横向放置时衰减较小，不截止；而放置开孔金属板时
电磁波截止。
对于开缝金属板，缝宽大于二分之一波长时，波能通过缝隙传播，而缝宽小于二分之一波长时，
会出现截止衰减，当缝宽足够小时，波几乎无法通过缝隙，全部被反射。对于开孔金属板，当孔尺
先将测量线终端短路，测得一个驻波节点位置DT，然后去掉短路片，测出DT向信号源方向的第一 个驻波最小点DA，即可得到lmin = |DT − DA|。
然后通过计算即可得到负载阻抗ZL。
三． 实验内容
1. 测量信号波长。 2. 测量给定器件的电压驻波系数和阻抗。
3. 测量信号频率。
四． 实验步骤
1. 观察衰减器、频率计、驻波测量线。检查系统的连接装置及连接电缆和电缆头。
（1） 整机机械调整。使得PR、PT相向，轴线在同一条水平线上。 （2） 预热 10 分钟，调整可变衰减器，使PR表头指示接近满刻度。 （3） 安装反射板、透射板。注意角度调整。适当调整可变衰减器，使在波腹位置时电流表的示
数大于80μA。
（4） 固定 B 板的起始位置在某侧，用于旋转手柄移动 B 板，采用两点法确定零指示位置。往返
根据实验结果，可以看到为使开缝板达到更好的截止效应，应使缝宽尽量窄，板尽量厚。
（三）波导波长、驻波比和阻抗的测量
一． 实验目的
1. 了解波导测量线系统，掌握微波信号源、驻波测量线及各类微波元件的工作原理和使用方法。