一、实验目的
1）了解电磁场电磁波空间传播特性；
2）通过对电磁波长、波幅、波节、驻波的测量进一步认识电磁波；
3）利用相干波原理测量波长；
4）了解电磁波在传输过程中的干涉和驻波的形成，及形成的条件。
5）观测电磁波传输过程中波节点与波幅点的产生。
二、实验项目
1）垂直极化波反射合成与行驻波特性；
2）水平极化波反射合成与行驻波特性实验；
3）左旋圆极化波反射合成与行驻波特性；
三、实验原理
垂直或水平极化波垂直入射到导体平面的合成波与驻波特性；通过纵向移动接收天线，测试LED明暗测量工作波长。左旋或右旋圆极化波垂直入射到导体平面的合成波与驻波特性；
图1电磁波垂直入射理想导体平面
变化的电场和变化的磁场在空间的传播称为电磁波，几种电磁波在同一种介质中传播时，几种波可以保持各自的特点（波长、频率、幅度、传播方向）同时通过介质，在几种波相遇或叠加的区域内，是各个波单独在该点产生的振动的合成。当两个频率相同、极化相同、相位相差恒定的波源所发出的波的叠加时，在空间总会有点振动加强。而另一些点振动减弱或完全抵消，因而形成干涉现象。
图2实验系统波长测量原理图和电磁波垂直入射模型
设有线极化的均匀平面电磁波从理想介质中垂直入射到理想导体的平面表面上，如图所示。入射电磁波的电场强度为
磁场强度为
电磁波不能进入理想导体，所以在理想导电平面上，入射的电磁波必然会被反射。反射波与入射波在相反的方向上传播，设反射波的电场强度为
反射波的磁场强度为
，在中z≤0的空间中的电磁波是入射波和反射波的迭加，总的电场强度为
总的磁场强度为
反射波电场强度由理想导体表面上的电磁场边界条件决定。在理想介质和理想导电体的分界面，z=0平面上，由边界条件得合成波的电场强度应当为零。
定义z=0平面上反射波电场强度与入射波的电场强度之比为反射系数用G表示。在理想导电体表面，垂直入射波的反射系数则为
可以得到z≤0，区域合成波的电场强度和磁场强度为
合成波电场强度和磁场强度的为
由上式可以看到，z≤0空间中的合成波具有如下特点电场强度和磁场强度的振幅不再是常量，沿波的传播方向按正弦函数或余弦函数分布，即在kz=-np，也就
的点上，电场强度的振幅为零。这些点称为电场强度的波节点。在
也就是
的点上，电场强度的振幅值达到最大值2Ei0，它是入射波电场强度振幅值Ei0的2倍，这些点称为电场强度的波腹点。在这些点上，磁场强度的振幅为零。这些点是磁场强度的波节点。在其它点上，电场和磁场的振幅介于零和最大值2Ei0或2Ei0/h之间。相邻的两个波节点或波腹点之间的距离是半个波长；而相邻的波腹点和波节点之间的距离是1/4波长。电场强度和磁场强度的波节点和波腹点之间的距离是1/4波长。电场强度和磁场强度的波节点和波腹点的位置不随时间改变。干涉是电磁波的一种重要特性，利用干涉原理科对电磁波传播特性进行很好的探索，在同一媒质中两种振幅相同的相干波，在同一直线上反向传播时就叠加形成驻波。由发射天线发出的电磁波，在空间传播过程中可以近视看成均匀平面波，此平面波垂直入射到金属板，被金属反射回来，到达电磁波感应器，直射波也可以到达电磁波感应器，这两种波将形成驻波，电磁波的波程差满足一定的关系时，在接收天线处产生波腹和波节。
根据以上的分析，若固定感应器，只移动金属板，即只改变第二波的波程，使驻波得以形成，当合成波振幅最大时
，当合成波振幅最小时
，此时合成波振幅最大到振幅最小的波程差是
，若此时移动金属板的距离
，即
，可见测得金属板移动的距离，代入公式可求出电波的波长。变化的电场和磁场在空间的传播称为电磁波，几列电磁波同时在同一介质中传播时，几列波可以保持各自的特点(波长、振幅、频率、传播方向等) ，同时通过媒质，在几列波相遇或叠加的区域内，任一点的振动为各个波单独在该点产生的振动的合成。而当两个频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波源所发出的波的叠加时在空间总会有一些点振动始终加强，而另一些点振动始终减弱或完全抵消，因而形成干涉现象，而驻波是干涉的特例。在同一介质中两列振幅相同的相干波，在同一直线上反向传播时就叠加形成驻波。此平面波垂直入射到金属板，被金属板反射回来，到达电磁波感应器；直射波也可直接到达电磁波感应器。这两列波将形成驻波，两列电磁波的波程差满足一定关系时，在感应器位置可以产生波腹或波节。
图3电磁波驻波示意图
驻波：频率和振幅均相同、振动方向一致、传播方向相反的两列波叠加后形 成的波。设到达电磁感应器的两列平面波的振幅相同，只是因波程不同而有一定的相位差，电场可表示为：
其中
是因波程差而造成的相位差；b＝d
(n=0,1,2......) 时，合成波的振幅最大，Z1的位置为合成波的波腹；相位差
则当；(n= 0,1,2......) 时，合成波的振幅最小，Z2的位置为合成波的波节。实际上到达电磁感应器的两列波的振幅不可能完全相同，故合成波波腹振幅值不是二倍单列波的振幅值，合成波的波节值也不是恰好为零。根据以上分析,若固定感应器，只移动金属板，即只改变第二列波的波程，让驻波得以形成；
当合成波振幅最大(波腹)时：
当合成波振幅最小(波节)时：
此时合成波振幅最大到振幅最小(波腹到波节) 的最短波程差为l/4,则: 2D1，若此时可移动金属板移动的距离为DL, 2DL=l/2 , 即：l=4L，代入式中便确定电波波长。
电磁波波长测试实验，主要是根据电磁场线极化波在传播过程中遇到金属反射板，反射回来的波与发射波叠加形成驻波的原理，通过测量驻波能量的波节点计算波长的方案。
图4 金属反射板测试工作波长
然后将天线按照发射天线的极化方式，调整相应的摆放方向，调整天线与电场的关系，使得电场在天线上激起较强的感应电流，继而通过电路转换为相应的电压。在实验台上通过不断调整感应装置的位置，观察检测电压的变化规律，通过寻找极大值和极小值的方式测量极值之间的距离，通过预设电磁波频率推算出相应的波长的理论值与测试值作对比，来验证理论和实验的一致性。
四、 实验步骤
1、频率合成器产生相应频率的正弦波信号，通过放大�？榻藕偶釉氐椒⑸涮煜叩南呒丝凇�
2、用SMA连接电缆RF与极化天线口，将电磁波信号输送到极化天线上。系统上电以后，测试感应装置接收到的极化天线辐射出来的电磁波，里面的二极管检波电路将功率信号转化为电压信号。
3、将八木天线安装到旋转支架上，将其垂直放置，移动到距离发射天线50～60cm处。按下发射开关，此时电磁波发射出来，LED灯被点亮（暗亮程度不一样）。
4、移动反射板，观察LED灯是否有明暗的变化，如果不亮可以将接收天线向发射天线移动，可以测试不同颜色的LED灯被点亮的距离。
5、将反射板放置在接收天线的一端，从远而近移动反射板，使LED灯明暗变化，判断波节波腹出现的位置，由近而远移动反射板，读取最初LED灯最亮时反射板位置的坐标
，及LED灯最暗时反射板位置的坐标
，最暗到最亮，最亮到最暗如此反复，
，根据极点的距离差值计算出相应不同频点下的电磁波的波长。也可换上检波装置，这是可以观察到指针来回摆动，记录下指针最大时的位置和最小时的位置。6、将金属板换成玻璃板，观察实验现象。
五、 注意事项
1、测试波长与理论推导值，具有明显的一致性，由于系统极值的判断存在误差，极值测量读数存在不稳定性，测试结果推导出的结论与理论值存在一定误差。
2、由于发射天线并非理想的天线。发射天线与反射板之间不是理想的行波。测试过程中电磁环境受到人为干扰，测试值精确度不高。
3、由于实验台长度与波长相比拟，测试为近场条件，空间功率随着与天线的距离分布并不均匀，所以在不同测试点测得的极小值差异很大。判断极值的方式通过人工推移接收架同时观察软件显示电压幅值同步来完成。综合以上几点，表明新型实验系统拓宽了系统的频率输出范围，给实验提供了更多可用频点，提高接收数据观察效率，起到规划的作用。
表1电磁波长、波幅、波节、驻波的测量
| 频率 | 次数 | 振子感应器位置（cm) | 波节1(cm) | 波节2(cm) | 波节3(cm) | 波腹2（cm) | 测试波长（cm) |
| 2450MHZ | 1 | 70 | |||||
| 2 | |||||||
| 3 | |||||||
| 1 | 80 | ||||||
| 2 | |||||||
| 3 |
实验4、电磁波反射特性实验
一、实验目的
1)研究电磁波的反射现象的产生，验证电磁波入射角等于反射角；
2)研究线性极化的反射及其特点
3)通过试验加深对电磁波极化特性的理解
二、实验项目
1）垂直或水平极化波斜入射到导体平面的反射波；沿反射角方向LED最亮。
2）左旋圆极化波斜入射到导体平面的反射波；
三、实验原理
图1垂直极化波向理想导体界面上斜入射
取坐标系如图。能与上面类似的处理，可得此时媒质1中的合成波的电磁场表示式为
合称电场
平行于入射面的波向理想导体斜入射合称电场
图2垂直极化波反射特性实验
图3球面波形成平面波
图4垂直极化电磁波多经干涉实验
四、实验步骤
1、 用SMA连接电缆RF与极化天线口，将电磁波信号输送到极化天线上。
2、 将八木天线安装到旋转支架上，将其垂直放置，移动到距离发射天线50～60cm处。
3、 移动反射板，如图所示，将接收八木天线安装到支架上对准反射波来波方向，注意与反射电场极化匹配。
4、 按下发射开关，此时电磁波发射出来，观察LED灯是否被点亮，如不亮可以校对方向。
5、 当入射角等于反色角时LED灯最点亮。
6、 也可将发射天线换为垂直极化天线，观察LED灯是否被点亮。
图5平行于入射面的波向理想导体斜入射
7、将发射天线为垂直极化天线，如图3所示，反射板移动到位置d处LED灯最亮。
五、注意事项
1.按下按钮时，若没有功率输出，应立即停止发射，检查射频电缆头与仪器的接头是否连接牢固，检查射频电缆小头的SMA头与天线的输入端口是否牢固连接；用微安表测量时输出接10dB衰减器防止微安表打表。防止空载工作烧坏微波放大器。
2.尽量减少按下按钮的时间，以免影响其它小组的测试准确性。
3.测试时尽量避免人员走动，以免人体反射影响测试结果。
