任务二 距离测量与罗盘仪测方位角

一、目的与要求

⒈了解丈量工具的构造和使用方法

⒉掌握用测量杆定直线的方法

⒊掌握用钢尺量距的一般方法

⒋要求距离往、返测量相对误差平坦地区不应大于1/3000，丘陵地区不应大于1/2000，山区不应大于1/1000，如果丈量精度在规定的容许限度内，即认为合格。可取往返平均值作为丈量结果。如果超限，则应重新丈量至符合要求为止。

5熟悉罗盘仪的构造及使用，掌握罗盘仪导线测量的内容和方法

二、仪器和工具

测杆4， 测杆架2， 钢尺1，测钎6，记录表

罗盘仪1，测杆3，测杆架3， 卷尺1，测钎6，记录表

三、方法与步骤

（一）距离丈量

⒈在两点间定直线

⑴在地面上选定长于70米的直线在两点A、B用测杆架各竖立一侧杆，并使其竖直。

⑵测量员甲站在A点测杆的外侧约1-2米外，面向A、B杆准备指挥。

⑶测量员乙带两根测杆，由A向B方向前进，至适当距离处C，站在测线的外侧立杆。

⑷测量员甲通过A、B杆的同一侧边缘，查C杆是否在视线上，如不在，则以手势左或右（切记不可来回摆动）指挥其移动，待甲看到乙杆已移至视线上时，将手向下一挥，这时乙便将测杆竖直立在地面上。 ⑸测量员甲再检查C杆的位置，如离开测线，再重新指挥，乙则按甲的指挥，将杆做少量的移动，直至准确处于直线上时，乙即将杆垂直插在地上便完成了该点的定线工作。

⑹乙继续前进，同法定其它各点。

⒉距离丈量

长距离丈量时是在前述定线的基础上进行的。但本实习长度不大，可在两端点间边定线边丈量，即将前述A、B杆保留，定线时所插的测杆拔下来，然后按下述步骤进行丈量。

⑴后尺手持一测钎和尺的零端立于A 点，前尺手持尺的末端和一根标杆，并携带五支测钎B方向前进，到达一整尺时止步。

⑵用三点定一条直线的方法，乙根据甲的指挥用标杆标定中间点1的点位后，两人同时下蹲，并用适当均匀的拉力把尺拉紧、拉平和拉稳。此时甲应将尺的零点刻划正确对准A点地面标志，乙则拔去标杆使尺通过标杆脚孔的中心，待甲发出丈量信号“好”时，乙即紧贴尺的末端刻划在地面上竖直地插下第一根测钎，这样就量完了第一个尺段。

⑶两个同时携尺前进，当甲到达第一根测钎处时喊“停”。同法丈量第二尺段。自此以后，甲应在每量完一尺段的距离时，即收取乙所插在地面上的测钎，以做计数之用。如果积满五根或十根，应作记录，并将测钎交还给乙，以便再用。

⑷丈量至B点时，最后一段距离一般不足一整尺，可在尺上准确读取尾数q，尾数视需要读至厘米或毫米。

⑸A、B两点之间的水平距离用下式计算：

D =nL+q

式中：L—整尺长度

n—测钎数，即所量整尺的尺段数；

q—不足整尺的零段长。

（二）罗盘仪的使用

⑴安置仪器：首先将三脚架支开安放在欲测直线的一个端点上，移动整个三数脚架或个别的架腿，使垂球的尖端对准测站中心（称为对中）。误差一般要求不超过1-2cm，然后将仪器安置于架头上，稍松球臼螺旋，用双手轻轻扳动罗盒，使两水准器的气泡同时居中后，拧紧球臼螺旋，罗盘盒即成水平位置，称为整平。

⑵瞄准：瞄准前先把磁针松开，然后将望远镜制动螺旋和水平制动螺旋松开，转动仪器利用照门和准星大致瞄准目标，拧紧水平制动螺旋及望远镜，制动螺旋，旋转目镜使十字丝清晰，旋转对光螺旋使物像清晰。再稍动水平制动螺旋，左右微动罗盘盒，使十字丝交点正对目标中心，最后拧紧水平制动螺旋。 ⑶读数：顺着静止的磁针，沿注记增大方向，读出磁针北端（不绕铜线的一端）所指的读数，即得所测直线的磁方位角如果度盘上0°位于物镜端180°位于目镜端，应根据磁针北端读数。反之，应根据磁针南端读数。

（三）罗盘导线测量

导线点的选定

⑴在便于安置仪器和量距，同时没有局部引力（钢铁构造物，高压线，电动机等影响磁针方向的物质）的地方选定4—5个点，以木桩进行标志，按反时针方向编号。

⑵相邻导线点间要互相通视。

⑶导线边长以50—60米为宜（便于实习），各边边长最好近似相等。

2．测角

⑴在导线起点它、安置罗盘仪，对中整平后瞄准终点，测出终3边的反方位角记入记录终了边反方位角栏内。

⑵瞄准2点测出1—2边的正方位角，记入1—2边正方位角栏内。

⑶移仪器于2点，测出1—2边的反方位角和2—3边的正方位角，记入记录相应栏内，并检查1—2边的正反方位角之差不应超过180°±30〞，如超限需检查并重测1—2边的正反方位角，直至在限差范围内为止。

⑷按同样方法测出所有边的正反方位角，并经检查合乎要求后，按下式计算平均方位角：

反方位角＜180°“+”，反之“－”

3．量距

用卷尺往返丈量各边的距离，精度不低于1/200。在斜坡上一般采用平量法，陡坡量斜距时，需测出导线边的竖角。

4．绘图和平差

⑴准备一张8开图纸（或厘米方格纸）、比例尺、三角板和分度器。

⑵以任一小比例尺，在非正式的图纸上，按平均方位角绘一略图，以了解测区的形状。

⑶参照略图在正式图纸上确定起点的位置和起始边在图纸上的方向，以使图形在图纸的大致中央。 ⑷通过1点画一南北线（磁子午线），用分度器，按1—2边的平均方位角确定1—2边的方向线，在该方向线上根据平均长，按绘图比例尺（1/300或1/400）缩小，定2点在图上的位置。

⑸用推平行线的方法，通过2点作南北线，按2—3边的平均方位角及平均边长，同法确定3点在图上的位置，依同法绘制各点直至再绘出起点1′的位置为止。

⑹如1′与1点不重合，则产生了闭合差，用比例尺量1′--1在地上（实际）距离（绝对闭合差），计算导线的精度：

⑺如精度在容许范围内时，则按图解平差的方法进行图上平差。如精度超限需检查绘图和记录的错误，

必要时进行外业返工。

⑻进行图解平差时，首先在闭差三角形上求出各点的累积和改正线段，再通过图上已画出的各点作闭差的平行线，在各平行线上，按相应改正线段的长度，定出改正后的导线位置，连接改正后的各点，得导线的闭合图形。

四、注意事项

1注意钢尺零刻线及终端刻线的位置，以及米、分米之注记特点以防读错。

2钢尺应抬平，拉力应力求均匀。在斜坡或坑洼不平地带，则利用测杆或垂球将尺的端点投在地面上以直接丈量水平距离。

3每一尺段端点的定线要准确，使钢尺在直线内丈量。

4导线点勿选在高压线、钢铁构造物，变压器等附近。以避免局部引力。

5罗盘仪在每个导线点上对中整平后，不要忘记放松磁钉，并轻敲玻璃盖，以防磁针粘在玻璃盖上并注意磁针转动是否灵活。

6用望远镜瞄准目标时，须首先旋转目镜调清十字丝，通过望远镜上方的准星大致瞄准目标；用对光螺旋调清物象，微微转动望远镜，使十字丝交点正对目标中心，然后固定竖轴。

7注意度盘的刻度注记是按反时针方向增加，读数应反时针，由少向多的注记方向读取。读数时顺磁针方向在磁针北端（不缠铜丝的一端）读数。

第二篇：实验报告

电磁场与微波测量实验报告

学院：电子工程学院

班级： 

组员： 

撰写人： 

学号： 

实验一 微波测量系统的使用和

信号源波长功率的测量

     

一实验目的：

（1）学习微波的基本知识；

（2）了解微波在波导中传播的特点，掌握微波基本测量技术；

（3）学习用微波作为观测手段来研究物理现象。

二实验原理：

本实验接触到的基本仪器室驻波测量线系统，用于驻波中电磁场分布情况的测量。

该系统由以下十一个部分组成：

1.微波信号源

DH1121C型微波信号源由振荡器、可变衰减器、调制器、驱动电路、及电源电路组成。该信号源可在等幅波、窄带扫频、内方波调制方式下工作，并具有外调制功能。在教学方式下，可实时显示体效应管的工作电压和电流的关系。仪器输出功率不大，以数字形式直接显示工作频率，性能稳定可靠。

2.隔离器

位于磁场中的某些铁氧化体材料对于来自不同方向的电磁波有着不同吸收，经过适当调节，可使其对微波具有单方向传播的特性，隔离器常用于振荡器与负载之间，起隔离和单向传输的作用。

3.衰减器

把一片能吸微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管即成，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。衰减器起调节系统中微波功率从以及去耦合的作用。

4.波长计

电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本不影响波导中波的传输。当电磁波的频率计满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。

5.测量线

测量线是测量微波传输系统中电场的强弱和分布的精密仪器。由开槽波导、不调谐探头和滑架组成。在波导的宽边有一个狭槽，金属探针经狭槽伸入波导。线开槽波导中的场由不调谐探头取样，探头的移动靠滑架上的传动装置，探头的输出送到显示装置，就可以显示沿波导轴线的电磁场变化信息。由于探针与电场平行，电场的变化在探针上就感应出的电动势经过晶体检波器变成电流信号输出。

6.检波晶体

微波测量中，为指示波导（或同轴线）中电磁场强度的大小，是将它经过晶体二极管检波变成低频信号或直流电流，用电流电表的电流1来读数的。从波导宽壁中点耦合出两宽壁间的感应电压，经微波二极管进行检波，调节其短路活塞位置，可使检波管处于微波的波腹点，以获得最高的检波效率。

7.选频放大器

用于测量微弱低频信号，信号经升压、放大，选出1kHz附近的信号，经整流平滑后输出级输出直流电平，由对数放大器展宽供给指示电路检测。

8.喇叭天线

9.匹配负载

波导中装有很好地吸收微波能量的电阻片或吸收材料，它几乎能全部吸收入射功率。

10.短路片

11.失配负载

三 实验方法和过程：

（一）熟悉实验器材操作方法：小组成员共同学习实验器材的使用方法和注意事项。

（1）观察测量系统的微波仪器连接装置，衰减器，波长计，波导测量线的结构形式。

（2）熟悉信号源的使用

先将信号源的工作方式选为：等幅位置，将衰减至于较大位置，输出端接相应指示器，观察输出；再将信号源的工作方式选为：方波位置，将衰减至于较大位置，输出端接相应指示器，观察输出；

（3）熟悉选聘放大器的使用；

（4）熟悉谐振腔波长计的使用方法

微波的频率测量是微波测量的基本内容之一。其测量方法有两种：（1）谐振腔法；（2）频率比较法。本实验采用谐振腔法。由于波长和平率直接满足关系，所以频率和波长的测量是等效的。吸收式波长计的谐振腔，其只有一个输入端和能量传输线路相连，调谐过程可以从能量传输线路接收端指示器读数的降低可以判断出来。

本实验采用了吸收式波长计测量信号源频率从，为了确定谐振频率，用波长表测出微波信号源的频率。具体做法是：旋转波长表的测微头，当波长表与被测频率谐振时，将出现波峰。反映在建波指示器上的指示是一跌落点，此时，读出波长表测微头的读数，再从波长表频率与刻度曲线上查出对应的频率。

（二）波长计测量信号波长：小组成员分工协作，有序完成实验数据的测量。

（1）微调单旋调配器，事腔偏离匹配状态（出于匹配状态时，电流会达到一个最小值），检波电流计上有一定示数（大于最小值）

（2）调节波长计使检波电流计再次出现最小值的时候，读出此处波长计的刻度值为：9.68mm

（3）按照波长计的刻度值去查找“波长计-频率刻度对照表”，就可以得到对应的信号源频率值；

（4）改变信号频率，从8.6G开始测到9.6G，每隔0.1G测量一次，记录在数据表格中；

四 实验结果与分析:

表格数据结果如下图所示：

根据以上表格数据可知:本实验的波长表读数对用表中的频率值与真实的频率值误差范围为0.022%—0.912%，误差很小在可控范围内。产生误差的原因为：仪器测量产生的误差。因此，可以采用该方法测波长。

五 心得与体会:

   本次实验为电磁场与微波测量实验的第一个实验，顾名思义，即电磁场和微波测量的实验。理论知识就是电磁场和微波，一直贯穿着大二和大三的学习，基本知识倒有但不够深入。

实验教室很小，但气氛很好，尤其小组的形式也让我们小组之间多了交流和讨论，刚开始的时候对实验器材和原理很茫然，不知从何下手。后来慢慢对仪器熟悉和了解后，在老师耐心的讲解以及组员之间的积极配合协作下，很快我们就得到了正确的结果。

实验期间也遇到一些问题。比如在调整检流计的电流最小值时经常出现电流没有变化或者电流示数太大的情况，经检测发现应调节频带至宽带，并且将衰减调大，若电流偏小，则应将衰减调小。

感谢老师的指导，我们小组所有成员将踏实认真的对待每次实验！

实验二波导波长的测量

一、   实验内容

波导波长的测量

【方法一】两点法

实验原理如下图所示：

  

     按上图连接测量系统，可变电抗可以采用短路片。

当矩形波导（单模传输TE10模）终端（Z＝0）短路时，将形成驻波状态。波导内部电场强度（参见图三之坐标系）表达式为：

在波导宽面中线沿轴线方向开缝的剖面上，电场强度的幅度分布如图三所示。

将探针由缝中插入波导并沿轴向移动，即可检测电场强度的幅度沿轴线方向的分布状态（如波节点和波腹点的位置等）。

两点法确定波节点位置

将测量线终端短路后，波导内形成驻波状态。调探针位置旋钮至电压波节点处，选频放大器电流表表头指示值为零，测得两个相邻的电压波节点位置（读得对应的游标卡尺上的刻度值和），就可求得波导波长为：

由于在电压波节点附近，电场（及对应的晶体检波电流）非常小，导致测量线探针移动“足够长”的距离，选频放大器表头指针都在零处“不动”（实际上是眼睛未察觉出指针有微小移动或指针因惰性未移动），因而很难准确确定电压波节点位置，具体测法如下：

把小探针位置调至电压波节点附近，尽量加大选频放大器的灵敏度（减小衰减量），使波节点附近电流变化对位置非常敏感（即小探针位置稍有变化，选频放大器表头指示值就有明显变化）。记取同一电压波节点两侧电流值相同时小探针所处的两个不同位置，则其平均值即为理论节点位置：

最后可得（参见图四）

【方法二】      间接法

矩形波导中的波，自由波长和波导波长满足公式：

其中：，

通过实验测出波长，然后利用仪器提供的对照表确定波的频率，利用公式

确定出，再计算出波导波长。

校准晶体二极管检波器的检波特性

由于微波晶体检波二极管的非线性, 在不同信号幅度时具有不同的检波律。在一般测量精度要求的场合, 可认为在小信号时为平方律检波,大信号时为直线律检波, 或在系统信号幅度范围内做平均检波律定标。晶体检波二极管的定标准确与否, 直接影响微波相关参数的测量精度。

微波频率很高, 通常用检波晶体(微波晶体二极管)将微波信号转换成直流信号检测出来。微波晶体二极管是一种非线性元件, 检波电流I 同微波场强E 之间不是线性关系,在一定范围内, 两者关系为:

 

晶体检波二极管的检波电流随其微波电场而变化, 当微波场强较大时近似为线性检波律, 当微波场强较小时近似为平方检波律。因此, 当微波功率变化较大时a 和k 就不是常数, 且和外界条件有关, 所以在精密测量中必须对晶体检波器进行定标。

本实验中采用两种定标方法

第一种定标方法

检波电压U 与探针的耦合电场成正比。晶体管的检波律n 随检波电压U 改变。在弱信号工作（检波电流不大于10 μA）情况下，近似为平方律检波，即n=2；在大信号范围，n 近似等于1，即直线律。

测量晶体检波器校准曲线最简便的方法是将测量线输出端短路，此时测量线上载纯驻波，其相对电压按正弦律分布，即：

式中 ，d 为离波节点的距离，Umax为波腹点电压，λg 为传输线上波长。

因此，传输线上晶体检波电流的表达式为

根据上式就可以用实验的方法得到图所示的晶体检波器的校准曲线。

将上两式联立, 并取对数得到：

作出曲线, 若呈现为近似一条直线, 则直线的斜率即是微波晶体检波器的检波律。

第二种定标方法

测量线终端短路，测出半峰值读数间的距离W，晶体检波率可以根据下式计算：

二、   实验步骤

（1）、按照图示连接好测量系统

（2）、利用两点法测量，将波导测量线终端短路，调测量放大器的衰减量和可变衰减器使当探针位于波腹时，放大器指示电表接近满格，用公式两点法测量波导波长

（3）、利用间接法测量波导波长。

（4）、将探针沿测量线由左向右移动，按测量放大器指示每改变最大值刻度的10%，记录一次探针位置，给出U沿线分布的图形

（5）、设计表格，用驻波测量线校准晶体的检波特性

三、   实验结果分析

（1）、作出测量线探针在不同位置下的读数分布曲线

上图横轴表示位置，纵轴表示相对场强。

分析：由于此时波导中存在的是驻波，并且测量的位置是从波节到相邻的波腹，所以画出来的波形应该是正弦曲线的四分之一，由上图可以看出，实验结果基本符合，误差在允许范围内。

（2）、两点法测量波导波长

       =41.3mm

（3）、间接法测量波导波长

              =40.2mm

   比较两种方法测量出的波导波长，可以看出相差不大，说明实验结果比较准确，实验操作规范正确。

四、   思考题

（1）、在波导系统终端短路的情况下，插入具有导纳的探针后，波导中真正驻波图形如何改变

答：如果探针放在驻波的波节点上，由于此点处的输入导纳→∞，故的影响很小，驻波节点的位置不会发生偏移。如果探针放在驻波的波腹点，由于此点处的输入导纳→0，故对驻波腹点的影响就特别明显，探针呈容性电纳将使驻波腹点向负载方向偏移。

（2）、用波长表测量自由空间中的信号振荡频率后，为什么还要失谐频率计

答：电磁波通过耦合孔从波导进入频率计的空腔中，当频率计的腔体失谐时，腔里的电磁场极为微弱，此时，它基本上不影响波导中波的传输。当电磁波的频率满足空腔的谐振条件时，发生谐振，反映到波导中的阻抗发生剧烈变化，相应地，通过波导中的电磁波信号强度将减弱，输出幅度将出现明显的跌落，从刻度套筒可读出输入微波谐振时的刻度，通过查表可得知输入微波谐振频率。如果不失谐频率计，波导中传播的电磁波会十分微弱

（3）、平方律检波特性，只有在小信号时才适用，在测试过程中，需要采取哪些措施来实现小信号

答：使用衰减器：衰减器是把一片能吸收微波能量的吸收片垂直于矩形波导的宽边，纵向插入波导管，用以部分衰减传输功率，沿着宽边移动吸收片可改变衰减量的大小。衰减器起调节系统中微波功率的作用。

（4）、为什么要测量晶体检波率？指示电表读数和微波场强E之间成什么关系？

答：当微波功率变化较大时a 和k 就不是常数, 且和外界条件有关, 所以在精密测量中必须对晶体检波器进行定标。电表读数和场强的成指数关系。