电磁场理论实验指导书.doc

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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2013-01-19注意事项一、实验前应完成各项预习任务。二、实验内容含基础性验证实验和设计性实验。三、开启仪器前先熟悉实验仪器的使用方法。四、实验过程中应仔细观察实验现象，认真做好实验结果记录。五、培养踏实、严谨、实事求是的科学作风。自主完成实验和报告。六、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。七、保持实验室内安静、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。八、不迟到，不早退，不无故缺席。按时交实验

2、报告。九、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。实验内容目录（具体实验内容按指导教师安排）1．实验一电磁波的反射与折射2．实验二电磁波辐射能量的分布和电磁波的极化3．实验三电磁波检测天线的设计制作与测试4．实验四电磁波传播特性实验基础性实验目的：学生通过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

3、、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。今以平行极化波为例，如图1-1所示。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：反射场为：折射场为：各场量的关系可利用边界条件确定。在分界面上，即z=0处，、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）：由此得。这就是反射定律，即媒质

4、分界面上的反射角与入射角相等。以及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：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∥分别为下面我们分别讨论几种情况：（1）垂直入射这时有，得当媒质2的厚度为d，且，在它的另一侧还有另一媒质（）。设，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，对媒质2（）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的分界面处的等效波阻抗式中该处反射系数为。可见，为了使波由媒质1()到媒质

5、2()再到媒质3()实现无反射的要求，必须有欲使等式成立，须有，最小值为由此，根据d、及三者构成的等式，当被测试介质板的厚度d和固定时，我们可选择值，以实现无反射的传输条件，即，，从而得工作波长如测得介质板的为2.54，d为10mm时，则。可见如选，用d=1cm的聚苯乙烯板，即可在垂直入射时无反射地透过，我们把这种板称为半波长无反射介质板。这里的限制条件是介质板两侧都是自由空间。（1）斜入射的平行极化波无反射的条件参阅图1-3。发生无反射时，应有R∥=0，即利用，，可得到无反射时的入射角称为布儒斯特角。上述结果表明，电磁波的无反射现象既可出现在由光疏向光

6、密媒质（）入射，也可以出现在由光密向光疏媒质（）入射，因为或总是小于（）。同时可证明，即或这两个过程是互易的。我们利用这一特性，取一厚度为，相对介电常数为的介质板，如图1-4所示。只要，就可在的另一侧接收到全部信号。由于一般媒质，故对于垂直极化波不存在无反射现象。图1-4平行极化波对平面夹层的全折射（无反射）图1-3平行极化波的全折射（无反射）2).均匀平面电磁波斜入射到良导体平面上的反射对于良导体：当,对斜入射在良导体表面上的平行极化电磁波有R∥=+1T∥=0由此得到并有。1.实验内容1).良导体表面电磁波反射特性的测试首先不加反射板，测出入射波的电场

7、幅值读数（时间平均值）.其次加良导体反射板，改变入射波的入射角（分别为20o，25o，30o，35o，40o，45o），保持入射场的幅值不变，相应旋转接收喇叭找到电表读数的最大点，测出反射角θ1′和反射场，记录所测数据填入表1-1。表1-1电磁波入射到良导体表面时反射数据表入射角θ120o25o30o35o40o45o反射角θ1′2).介质板表面垂直入射电磁波的无反射实验首先不加反射板，用接收喇叭测出入射波电场Ei0。然后用厚度为d=5mm的玻璃板，放在测试位置上，测出垂直入射情况下，使折射场E20与入射场Ei0相等时所需的工作波长（频率）。根据垂直入射

8、时无反射的关系式，由（玻璃板厚度）、(信号源波长)可以算出值。把数据填入表1-2