电磁场实验指导书

《电磁场实验指导书》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、实验一：验证电磁波的反射和折射定律实验性质：验证性实验级别：必做开课单位：信息与通信工程学院学时：1一、实验目的（1）研究电磁波在良好导体表面上的反射。（2）研究电磁波在良好介质表面上的反射和折射。（1）研究电磁波全反射和全折射的条件。二、实验原理与说明（1）电磁波斜投射到不同媒质分界面上的反射和折射为讨论和分析问题简便，下面所提到的电磁波均指均匀平面电磁波，如下图1所示：在媒质分界面上有一平行极化波，以入射角斜投射时，入射波、27反射波和折射波的电磁场可用下列公式表示：入射波场E1x+zH1=

2、y折射波场E2=E02(x+zH2=y以上各式中、分别表示波在两种媒质中的波阻抗。由边界条件可知，在分界面上x=0处，有，。同时，三种波在分界面处必须以同一速度向Z方向传播，即它们的波因子必须相等，则有：由此得：上式表明，媒质分界面上反射角等于入射角，即反射定律。由式得上式即折射定律或斯耐尔定律。在x=0处，把式和式代入式，并根据，，则得(对上两式联力求解，得平行极化波在媒质分界面上的反射系数和折射系数分别为27下面对平行极化波在媒质分界面上全折射的条件进行分析。垂直极化波的全折射（既无反射现象

3、）这时=0，及,则有显然只有时才有折射，即，这是无意义的。当具有一定厚度d。且两侧同为空气，即。这时要实现全反射的传播，对就有特殊要求。我们可利用传输线输入阻抗的概念和公式，得到、分界面上的输入阻抗式中，及，。为了使波由经，并能全部进入实现无反射，必须满足等式。由此解得根据式中d、和三者的联系可知，d值已定，选择合适的工作波长就可根据全折射的条件，选择所需媒质的值。若被测媒质=2.54，=32mm,要实现无反射的传输，其厚度应为d=10.04mm。可见,应取聚苯乙烯板厚d=10mm，=32mm,

4、我们称这种介质板为半波长无反射媒质板，如图2所示图2垂直投射时全折射示意图斜投射时的全折射这时有即27利用式可得到全折射时的入射角全折射角又称布儒斯特角，它表示在内传播的波，在、分界面上实现全折射时的入射角，如下图3所示可以证明，在媒质分界面上出现全折射时，与之间有如下关系：或因此，当入射角时，在媒质分界面上就不出现反射波了。由以上分析还可证明，平行极化波的全反射现象，即可出现波由光疏()向光密()媒质传播，也可出现在波由光密()向光疏()媒质传播的情况(>)。因总有或小于(+)，故波由光疏向光

5、密斜投射时有；波由光密向光疏斜投射时有。我们利用这一特性，取介质板厚为d，其相对介电常数为，只要有就可在另一侧接受到全部信号27对于垂直极化波，因一般媒质，在斜投射时不存在全反射现象。下面以两种媒质为例，列表说明平行极化波全折射时，入射角与折射角的关系见下表1。（2）电磁波斜投射到良好导体表面上的反射。对于良好导体（仍用平行极化波来分析），又因当∝，0，由此可得由此得出结论：在良好导体表面上斜投射的电磁波，其反射场与入射场相等。三、入射角与折射角的关系实验内容及步骤测试良好介质的全折射（或称无反

6、射），我们采用平行极化波工作状态，为此，须将电磁波综合测试仪的辐射喇叭与接收喇叭（）置于平行极化工作状态。对于测试良好导体的全反射，我们同样采用平行极化波工作状态。（1）电磁波斜投射时，良好介质全折射的测试。设备安装见图4，用d=1.5mm厚度的玻璃板，放置在测试仪平台支座上，然后改变波对介质板的投射角（转动平台，而接收与辐射喇叭总保持在一条直线上），使接收的折射波场与入射波场相等，即27，同时得到斜投射时，反射波为零的入射角。把测试数据填入表4中。图4验证电磁波的反射和折射定律实验的设备安装图

7、（2）良好导体表面对电磁波反射特性的测试。首先，不加反射板，测出入射场（如用选频放大器作指示，调至满度值100）。其次，加良好导体反射板，改变入射波的入射角，测出反射场时的反射角。把有关测试数据填入表3中。四、电磁波反射和折射的实验所用的仪器及仪表见下表2：五、入射角与折射角的关系实验报告要求27将实验数据填入下表3和表4中,分析入射角与反射角的关系；分析入射角与折射角的关系。实验二：电磁波参量的测量27实验类别：综合性实验级别：必做开课单位：信息与通信工程学院学时：1一、电磁波参量的测量实验目

8、的（1）在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性，如E、H、S互相垂直。（2）熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ，并确定电磁波的相位常数β和波速υ。（3）了解电磁波的其他参量，如波阻抗η等。二、电磁波参量的测量实验原理及说明当两束等幅、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，它们互相之间发生干涉，干涉的结果，使在传播路径上，形成驻波分布，我们正是利用相干波原理，通过测定驻波场结点的分布，求的自由空间内电磁波波长λ值，再由(2-1