电磁场理论实验指导书

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1、电磁场理论实验指导书叶明钟顺时施燕晨上海大学通信与信息工程学院2009-05-190PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversionwww.pdffactory.com注意事项一、实验前应完成各项预习任务。实验分两部分：验证性实验和设计性实验。二、开启仪器前先熟悉实验仪器的使用方法。三、实验过程中应仔细观察实验现象，认真做好实验结果记录。四、培养踏实、严谨、实事求是的科学作风。自主完成实验和报告。五、爱护公共财产，当发生仪器设备损坏时，必须认真检查原因并按规定处理。六、保持实

2、验室内安静、整洁和良好的秩序，实验后应切断所用仪器的电源,并将仪器整理好。协助保持实验室清洁卫生,带出自己所产生的赃物。七、不迟到，不早退，不无故缺席。按时交实验报告。八、实验报告中应包括：1、实验名称。2、实验目的。3、实验内容、步骤，实验数据记录和处理。4、实验中实际使用的仪器型号、数量等。5、实验结果与讨论，并得出结论，也可提出存在问题。6、思考题。1PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversionwww.pdffactory.com第一部分验证性实验总体目的:学生通过

3、实验观测加深对电磁场理论课中所述现象和结论的理解,从而有助于对课程相关知识点的掌握。实验一电磁波的反射与折射1.实验目的1、研究电磁波在良导体表面上的反射。2、研究电磁波在理想介质表面上的反射与折射。3、研究电磁波无反射的条件。2.实验原理1).均匀平面电磁波斜入射到两种不同媒质分界面上的反射与折射当平面电磁波以入射角q斜入射于媒质分界面上时，一般既有反射又有折射。今以平行极1化波为例，如图1-1所示。EiErsˆrHiHre1,m0sˆiq1q¢x1ee2e00e2,m0q2E2h1hh12H2dsˆ2

4、z图1-1平行极化波的斜入射图1-2平面波对平面夹层的垂直入射入射场为：E=(xˆcosq-zˆsinq)Ee-jk1(xsinq1+zcosq1)i11i0EH=yˆi0e-jk1(xsinq1+zcosq1)ih1反射场为：''E=-(xˆcosq'+zˆsinq')Ee-jk1(xsinq1-zcosq1)r11r0E''H=yˆr0e-jk1(xsinq1+zcosq1)rh1折射场为：2PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversionwww.pdffactory.c

5、omE=(xˆcosq-zˆsinq)Ee-jk2(xsinq2+zcosq2)22220EH=yˆ20e-jk2(xsinq2+zcosq2)2h2各场量的关系可利用边界条件确定。在分界面上，即z=0处，E、H的切向分量应连续，即E1t=E2t，H1t=H2t这时三种波在分界面上须以同一速度向x方向传播，也就是它们的相位因子相等（相位匹配条件）：ksinq=ksinq¢=ksinq111122'由此得q=q。这就是反射定律，即媒质分界面上的反射角与入射角相等。以及11kmeen10111sinq=sin

6、q=sinq=sinq=sinq21111kmeen20222这就是折射定律或斯奈尔定律。把z=0处的反射与折射定律所得公式代入分界面上的各场量表达式中，根据E1t=E2t，H1t=H2t我们得到：(E-E)cosq=Ecosqi0r0120211(E+E)=Ei0r020hh12由此可解出平行极化波在媒质分界面上的反射系数R∥与透射系数T∥分别为Ehcosq-hcosqr01122R==//Ehcosq+hcosqi01122E2hcosq2021T==//Ehcosq+hcosqi01122下面我们分

7、别讨论几种情况：（1）垂直入射这时有q=q=0，得21h-h12R=//h+h122h2T=//h+h12当媒质2的厚度为d，且er=er2，在它的另一侧还有另一媒质（er3）。设e=e=1，即媒质3与媒质1都为自由空间，如图1-2所示。这时要实现无反射的传输，对r1r3媒质2（e）的厚度就有特殊要求。参看教材§7.2节，可得到在媒质1和2的分界面处的等r2效波阻抗3PDFcreatedwithpdfFactoryProtrialversionwww.pdffactory.comh+jhtg(kd)322

8、h=h×d2h+jhtg(kd)232式中2pl0k=l=22l2er2h-hd1该处反射系数为R=。dh+hd1可见，为了使波由媒质1(e)到媒质2(e)再到媒质3(e=e)实现无反射的要求，必须有1231h=h1d欲使等式成立，须有tg(kd)=0，最小值为2ll20d==22er2由此，根据d、e及l三者构成的等式，当被测试介质板的厚度d和e固定时，我们可选择r20r2l值，以实现无反射的传输条件，即R=0，T=1，从而