【文章內(nèi)容簡介】 。在z方向上，和的分布規(guī)律相同，也就是說最大處也最大，為零處也為零，場的這種結(jié)構(gòu)是行波的特點(diǎn)。圖 2 TE10波的電磁場結(jié)構(gòu)（a）,（b）,(c) 及波導(dǎo)壁電流分布(d)波導(dǎo)管的工作狀態(tài)： （1）如果波導(dǎo)終端負(fù)載是匹配的（波導(dǎo)終端接入負(fù)載后，由于負(fù)載性質(zhì)的不同，電磁波就將在終端產(chǎn)生不同程度的反射。如果用表示傳輸線的特性阻抗，用表示負(fù)載阻抗, 若波導(dǎo)終端負(fù)載是匹配的，則＝），則入射波全部被負(fù)載吸收而無反射，傳播到終端的電磁波的所有能量全部被吸收，這時(shí)波導(dǎo)中呈現(xiàn)的是行波，即此時(shí)波導(dǎo)管中的微波的將沿波導(dǎo)管無損耗的向前傳播，傳播時(shí)波的幅值不衰減，能量不衰減，就像在真空中傳播一樣，見圖3（a）。（2）當(dāng)終端短路（微波技術(shù)中的短路是指系統(tǒng)終端接入全反射負(fù)載，即：）時(shí)，入射波被負(fù)載全部反射。這時(shí)波導(dǎo)管中同時(shí)有兩列頻率相同、振幅相同、傳播方向相反的微波，一列是入射波，一列是反射波，這兩列波將在波導(dǎo)管中形成駐波，并且是“純駐波”，波的波腹和波節(jié)點(diǎn)電場E的大小0，而＝0，見圖3（C）。（3）當(dāng)波導(dǎo)終端不匹配時(shí)（任意負(fù)載下），就有一部分波被反射（波導(dǎo)中的任何不均勻性也會(huì)產(chǎn)生反射），形成所謂混合波。混合波是一種“行駐波”， 波的波腹和波節(jié)點(diǎn)電場E的大小0，并且0，見圖3（b）。為描述電磁波，引入反射系數(shù)與駐波比的概念，反射系數(shù)定義為。駐波比定義為：，用駐波比來描述傳輸線阻抗匹配的情況。 其中：和分別為波腹（駐波電場最大值處）和波節(jié)（駐波電場最小值處）點(diǎn)電場E的大小。 不難看出：對于行波，=1；對于駐波，=∞；而當(dāng)1∞，是混合波。圖3為行波、混合波和駐波的振幅分布波示意圖。 圖 3（a）行波,（b）混合波,(c)駐波微波系統(tǒng)中最基本的參數(shù)有頻率、駐波比、功率等。而阻抗、波長、駐波比和功率等微波參數(shù)的測量方法有其獨(dú)特之處。微波阻抗的測量是通過檢測電場強(qiáng)度的相對值（即：駐波比）來實(shí)現(xiàn)。波長的測量可用諧振腔來進(jìn)行（即通常所稱的“吸收式波長計(jì)”）。功率的測量是利用微波的熱效應(yīng)，通過熱電換能器進(jìn)行間接的量測。本實(shí)驗(yàn)是使用厘米波中的X波段，中心頻率為9375MHz。其它主要設(shè)備有：測量線：三厘米駐波測量線由開槽波導(dǎo)、不調(diào)諧探頭和滑架組成。其內(nèi)腔尺寸為a＝，b＝?！?，對于TE10波而言，截止波長＝。開槽直波導(dǎo)位于波導(dǎo)寬邊的正中央，平行于波導(dǎo)軸線，不切割高頻電流，因此對波導(dǎo)內(nèi)的電磁場分布影響很小，開槽波導(dǎo)中的場由不調(diào)諧探針取樣，探針感應(yīng)出的電動(dòng)勢經(jīng)過晶體檢波器變成電信號輸出，可以顯示沿波導(dǎo)軸線的電磁場變化信息。實(shí)驗(yàn)中就是通過探測測量線中電磁場的分布達(dá)到測量微波的各種參數(shù)目的。圖4 DH364A00型3cm測量線外形直波導(dǎo)管：型號為BJ—100，其內(nèi)腔尺寸為a＝，b＝?！?，對于TE10波而言，截止波長＝，實(shí)驗(yàn)中作為連接件使用。隔離器：位于磁場中的某些鐵氧體材料對于來自不同方向的電磁波有著不同的吸收，經(jīng)過適當(dāng)調(diào)節(jié)，可使其對微波具有單方向傳播的特性。實(shí)驗(yàn)中隔離器用于振蕩器與負(fù)載之間，起隔離和單向傳輸作用?？勺兯p器：把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波導(dǎo)的寬邊，縱向插入波導(dǎo)管，用以部分衰減傳輸功率，沿著寬邊移動(dòng)吸收片可改變衰減量的大小。衰減器起調(diào)節(jié)系統(tǒng)中微波功率以及去耦合的作用。波長表：電磁波通過耦合孔從波導(dǎo)進(jìn)入波長表的空腔中，當(dāng)波長表的腔體失諧時(shí)，腔里的電磁場極為微弱，此時(shí)，它基本上不影響波導(dǎo)中波的傳輸。當(dāng)電磁波的頻率滿足空腔的諧振條件時(shí)，發(fā)生諧振，反映到波導(dǎo)中的阻抗發(fā)生劇烈變化，相應(yīng)地，通過波導(dǎo)中的電磁波信號強(qiáng)度將減弱，輸出幅度將出現(xiàn)明顯的跌落，從刻度套筒可讀出輸入微波諧振時(shí)的刻度，通過查表可得知輸入微波諧振波長。匹配負(fù)載：波導(dǎo)中裝有很好地吸收微波能量的電阻片或吸收材料，它幾乎能全部吸收入射功率。單螺調(diào)配器：插入矩形波導(dǎo)中的一個(gè)深度可以調(diào)節(jié)的螺釘，并沿著矩形波導(dǎo)寬壁中心的無輻射縫作縱向移動(dòng)，通過調(diào)節(jié)探針的位置使負(fù)載與傳輸線達(dá)到匹配狀態(tài)。調(diào)匹配過程的實(shí)質(zhì)，就是使調(diào)配器產(chǎn)生一個(gè)反射波，其幅度和失配元件產(chǎn)生的反射波幅度相等而相位相反，從而抵消失配元件在系統(tǒng)中引起的反射而達(dá)到匹配?！緦?shí)驗(yàn)步驟】1． 駐波比的測量：小駐波比(1．05) 的測量產(chǎn)生駐波的原因是由于負(fù)載阻抗與波導(dǎo)特性阻抗不匹配。因此，通過對駐波比的測量，就能檢查系統(tǒng)的匹配情況，進(jìn)而明確負(fù)載的性質(zhì)。駐波測量是微波測量中最基本和最重要的內(nèi)容之一，通過駐波測量可以測出阻抗、波長、相位和Q值等其他參量。本實(shí)驗(yàn)是在小信號狀態(tài)下進(jìn)行測試的，這時(shí)駐波測量線中的檢波晶體二極管工作在平方律檢波區(qū)域，檢波電流，可設(shè)：，因此：通過測量測量線開槽波導(dǎo)中微波駐波波腹處和波節(jié)處的最大電壓值及最小電壓值，就可以計(jì)算出波導(dǎo)中微波駐波的駐波比。步驟：（1）按圖5所示的框圖連接成微波實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。圖5駐波測量框圖（2）開啟微波信號源（DH1121C），工作方式選擇“方波”，點(diǎn)頻方式，頻率9～，選擇較小的微波輸出功率，電流500mA。（3）用選頻放大器進(jìn)行監(jiān)測，調(diào)節(jié)單螺調(diào)配器，使微波在波導(dǎo)中形成小駐波比（駐波的最大值和最小值相差不大）的駐波。（4）移動(dòng)波導(dǎo)測量線的探針測出波導(dǎo)測量線位于波腹和波節(jié)點(diǎn)上的和。由于此時(shí)駐波的最大值和最小值相差不大，且不尖銳，不易測準(zhǔn)，為了提高測量準(zhǔn)確度，可移動(dòng)探針到幾個(gè)波腹點(diǎn)和波節(jié)點(diǎn)記錄數(shù)據(jù)，然后取平均值再進(jìn)行計(jì)算。2．頻率測量（諧振腔法）：步驟：（1）按圖5所示的框圖連接成微波實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（2）開啟微波信號源（DH1121C），工作方式選擇“方波”，點(diǎn)頻方式，頻率9～，選擇較小的微波輸出功率，電流500mA。（3）用選頻放大器進(jìn)行監(jiān)測，調(diào)節(jié)單螺調(diào)配器，并移動(dòng)波導(dǎo)測量線的探針位于波導(dǎo)測量線中任一個(gè)位置上，使選頻放大器有指示。（4）旋轉(zhuǎn)波長表的測微頭，當(dāng)波長表與波導(dǎo)中被測微波的頻率諧振（即波長表的空腔所對應(yīng)的固有諧振頻率與波導(dǎo)中被測微波的頻率相等）時(shí)，將出現(xiàn)吸收峰，反映在選頻放大器上的指示是一跌落點(diǎn)（參見圖6），此時(shí)，讀出波長表的讀數(shù)，再從波長表頻率與刻度曲線上查出對應(yīng)的頻率。圖6 波長表的諧振點(diǎn)曲線3．波導(dǎo)波長的測量：當(dāng)波導(dǎo)終端不匹配時(shí)（任意負(fù)載下），就有一部分波被反射，在測量線中入射的微波與反射的微波疊加形成所謂混合波，混合波是一種“行駐波”，駐波的波腹和波節(jié)點(diǎn)的電場0，0，只要測得駐波相鄰節(jié)點(diǎn)的位置 ，由，即可求得測量線波導(dǎo)中的微波波長。圖7 電場沿測量線分布圖為了提高測量精度，在確定時(shí)，可采用等指示度法測出最小點(diǎn)對應(yīng)的（參看圖7），測出與（略大于）相對應(yīng)的兩個(gè)位置，則，同理，也可求出來，代入即可求出精度較高的。步驟：（1）按圖5所示的框圖連接成微波實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（2）開啟微波信號源（DH1121C），工作方式選擇“方波”，點(diǎn)頻方式，頻率9～，選擇較小的微波輸出功率，電流500mA。（3）調(diào)節(jié)單螺調(diào)配器，使測量線中形成駐波（實(shí)際上是大駐波比的駐波－混合波）。（4）用測量線和選頻放大器測量和，算出測量線波導(dǎo)中的微波波長。實(shí)驗(yàn)三 電子順磁共振實(shí)驗(yàn)【目的要求】1． 測定DPPH中電子的g因數(shù)；2． 測定共振線寬，確定弛豫時(shí)間T2；3． 掌握電子自旋試驗(yàn)儀的原理及使用。【儀器用具】電子自旋試驗(yàn)儀?！驹? 理】電子自旋的概念首先由 Pauli于1924年提出。1925年 S．A．Goudsmit與 G．Uhlenbeek利用這個(gè)概念解釋某些光譜的精細(xì)結(jié)構(gòu)。近代觀測核自旋共振技術(shù)，由 Stanford大學(xué)的 Bloch與Harvrd大學(xué)的Pound同時(shí)于1946年獨(dú)立設(shè)計(jì)制作，遂后用它去觀察電子自旋。本實(shí)驗(yàn)的目的是觀察電子自旋共振現(xiàn)象，測量DPPH中電子的g因數(shù)及共振線寬。一． 電子的軌道磁矩與自旋磁矩由原子物理可知，對于原子中電子的軌道運(yùn)動(dòng)，與它相應(yīng)的軌道磁矩為 （2－1）式中為電子軌道運(yùn)動(dòng)的角動(dòng)量，e為電子電荷，為電子質(zhì)量，負(fù)號表示由于電子帶負(fù)電，其軌道磁矩方向與軌道角動(dòng)量的方向相反，其數(shù)值大小分別為 ， 原子中電子除軌道運(yùn)動(dòng)外還存在自旋運(yùn)動(dòng)。根據(jù)狄拉克提出的電子的相對論性波動(dòng)方程——狄拉克方程，電子自旋運(yùn)動(dòng)的量子數(shù)S＝ l／2，自旋運(yùn)動(dòng)角動(dòng)量與自旋磁矩之 （2－2）其數(shù)值大小分別為 ， 比較式（2－2）和（2—1）可知，自旋運(yùn)動(dòng)電子磁矩與角動(dòng)量之間的比值是軌道運(yùn)動(dòng)磁矩與角動(dòng)量之間的比值的二倍。 原子中電子的軌道磁矩與自旋磁矩合成原子的總磁矩。對于單電子的原子，總磁矩與角動(dòng)量之間有 （2－3）其中 （2－4）g稱為朗德g因數(shù)。由式（2－4）可知，對于單純軌道運(yùn)動(dòng)g因數(shù)等于1；對于單純自旋運(yùn)動(dòng)g因數(shù)等于2。引入回磁比，即 （2－5）其中 （2－6）在外磁場中，和的空間取向都是量子化的。在外磁場方向上的投影為 ，相應(yīng)的磁矩在外磁場方向上的投影為 ， （2－7）稱為玻爾磁子，電子的磁矩通常都用玻爾磁子作單位來量度。二． 電子順磁共振 （電子自旋共振） 既然總磁矩的空間取向是量子化的，磁矩與外磁場B的相互作用能也是不連續(xù)的。其相應(yīng)的能量為 （2－8）不同磁量子數(shù)m所對應(yīng)的狀態(tài)上的電子具有不同的能量。各磁能級是等距分裂的，兩相鄰磁能級之間的能量差為 （2－9）當(dāng)垂直于恒定磁場B的平面上同時(shí)存在一個(gè)交變的電磁場B1，且其角頻率滿足條件：，即 （2一10）時(shí)，電子在相鄰的磁能級之間將發(fā)生磁偶極共振躍遷。從上述分析可知，這種共振躍遷