Лабораторная работа: Поляризация электромагнитной волны
. (14)
Иногда определяют и угол между большей полуосью эллипса и осью x.
Для измерения поляризации электромагнитной волны применяют метод линейно поляризованной антенны. В качестве такой антенны может применяться полуволновый вибратор, открытый конец прямоугольного металлического волновода или пирамидальный рупор. Пусть при работе на излучение линейно поляризованная антенна создаёт поле . При работе на приём в поле произвольно поляризованного вектора на выходе антенны будет напряжение, пропорциональное скалярному произведению После пикового детектора с точностью до постоянного сомножителя получаем напряжение
, (15)
где - угол между векторами, - период колебания. Если поле линейно поляризовано, то будет максимально при и равно нулю при градусов. Если поле имеет круговую поляризацию, то будет неизменно при любом . При измерении в поле эллиптической поляризации получаем при изменении максимальное и минимальное значения напряжения, пропорциональные большей и меньшей полуосям эллипса поляризации соответственно. Заметим, что поворачивать линейно поляризованную антенну, меняя угол , надо так, чтобы её вектор лежал в плоскости фазового фронта исследуемого поля .
При автоматизации измерений линейно поляризованную антенну быстро вращают вокруг оси, направленной на источник исследуемого поля, меняя угол . На экране индикатора с синхронной с этим вращением круговой развёрткой в полярной системе отображается величина . По полученной на экране картине судят о поляризации поля.
Описание лабораторной установки.
Виртуальная лабораторная установка для исследования поляризации поля состоит из трёх частей, отображаемых в трёх закладках на экране: «Генератор поля» (Рис.6), «Измерение вручную» (рис.7) и «Измерение автоматическое» (рис.8).
В верхней части лицевой панели расположен заголовок «Поляризация электромагнитной волны» и кнопка останова STOP.
Рис.6. Лицевая панель ВИ «Поляризация поля». Страница «Генератор поля»
Работа с установкой начинается в закладке «Генератор поля». В её левой части имеется 4 движковых регулятора, которые задают амплитуды и начальные фазы двух ортогональных компонент поля. Справа на экране выводится эллипс поляризации волны, который в частных случаях превращается в отрезок прямой линии или круг.
Рис.7. Лицевая панель ВИ «Поляризация поля». Страница «Измеритель ручной»
Для измерения параметров эллипса служит инструмент «Измеритель параметров эллипса». Он представляет собой на экране вектор с изменяемыми модулем и угловым положением. Подводя конец вектора с помощью регуляторов модуля и угла к характерным точкам эллипса, определяем его параметры.
Рис.8. Лицевая панель ВИ «Поляризация поля». Страница «Измеритель автомат».
На закладке «Измерение вручную» реализован метод линейно поляризованной антенны. В левой части находится регулятор углового положения антенны относительно горизонта. При работе установки его можно поворачивать, ухватив курсором мыши за стрелку-указатель. Справа находятся стрелочный и цифровой индикаторы напряжения на выходе детектора. Регулятор усиления позволяет установить удобные для наблюдения пределы измеряемой величины.
На закладке «Измерение автоматическое» отображается в полярных координатах величина .
Непосредственно под экраном расположена группа кнопок, осуществляющих управление перемещением курсора по экрану. Там же под экраном в двух индикаторах отображаются текущие координаты курсора. Справа от экрана в двух цифровых индикаторах выводятся текущие полярные координаты курсора. Там же находится дополнительный регулятор «Усиление». С помощью этих средств управления можно измерять параметры отображаемой на экране кривой.
Порядок выполнения работы.
Исследования выполняются в соответствии с выбранным вариантом. Исходные величины взять в таблице 1.
Таблица 1. Исходные параметры для исследования поляризации электромагнитной волны
Вариант 1 | Вариант 2 | Вариант 3 | Вариант 4 | Вариант 5 | |
20 | 30 | 45 | 60 | 70 | |
0.2 | 0.3 | 0.4 | 0.5 | 0.6 | |
45 | 20 | 80 | 30 | 60 |
Запустить лабораторную установку, ознакомиться с органами управления.
Исследовать поле линейной поляризации:
открыть закладку «Генератор поля»;
сформировать поле линейной поляризации под углом к горизонту. Параметры поля контролировать «Измерителем параметров эллипса». Записать необходимые для этого амплитуды и фазы вертикальной и горизонтальной составляющих поля;
перейти в закладку «Измерение вручную». Изменяя угловое положение приёмной линейно поляризованной антенны замерять значения выходного напряжения. Данные свести в таблицу;
построить график полученной зависимости в полярных координатах. Определить по ней параметры поляризации;