電磁場與電磁波實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書2014(2)

1、實(shí)驗(yàn)一、電磁波參量的測量1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）在學(xué)習(xí)均勻平面電磁波特性的基礎(chǔ)上，觀察電磁波傳播特性如E、 H和 S 互相垂直。（2）熟悉并利用相干波原理，測定自由空間內(nèi)電磁波波長，并確定電磁波的相位常數(shù) 和波速。（3）了解電磁波的其他參量，如波阻抗等。2.實(shí)驗(yàn)儀器：（1） DH1211型3cm固態(tài)源1臺(tái)（2） DH926A型電磁 波綜合測試儀1套（3） XF-01選頻放大器1臺(tái)（4） PX-16型頻率計(jì)3.實(shí)驗(yàn)原理兩束等幅、同頻率的均勻平面電磁波，在自由空間內(nèi)從相同（或相反）方向傳播時(shí)，由于初始相位不同，它們相互干涉的結(jié)果，在傳播路徑上形成駐波分布。通過測定駐波場節(jié)點(diǎn)的分布，求得波長的值，由、得

2、到電磁波的主要參數(shù)：、設(shè)入射波為:當(dāng)入射波以入射角向介質(zhì)板斜投射時(shí)，在分界面上產(chǎn)生反射波和折射波。設(shè)入射波為垂直極化波，用表示介質(zhì)板的反射系數(shù)，用和表示由空氣進(jìn)入介質(zhì)板和由介質(zhì)板進(jìn)入空氣的折射系數(shù)?？蓜?dòng)板和固定板都是金屬板，其電場反射系數(shù)為-1，則處的相干波分別為： 其中，因?yàn)槭枪潭ㄖ?，則隨可動(dòng)板位移而變化。當(dāng)移動(dòng)值時(shí)，使具有最大輸出指示時(shí)，則有和為同相疊加；當(dāng)移動(dòng)值，使具有零值輸出指示時(shí)，必有和反相。故可采用改變的位置，使輸出最大或零指示重復(fù)出現(xiàn)。在處的相干波合成 或?qū)懗?式中為測準(zhǔn)入值，一般采用 零指示辦法 ，即或 n=0.1.2. n表示相干波合成駐波場的波節(jié)點(diǎn)（）處。除n=0以外的n值

3、，表示相干波合成駐波的半波長數(shù)。將n=0時(shí)的駐波節(jié)點(diǎn)作為參考位置: 故4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1） 了解并熟悉電磁波綜合測試儀的工作特點(diǎn)，使用方法，特別要熟悉與掌握利用相干波原理測試電磁波波長的方法2） 了解3cm固態(tài)源的使用方法和正確操作。3.）電磁波E、H和S三者符合右手螺旋規(guī)則，向傳播的波應(yīng)有：E=,H=-S=EH=4)測值 移動(dòng)可動(dòng)板，測值，根據(jù)測得值，計(jì)算、的值。實(shí)驗(yàn)二、電磁波的反射與折射1. 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 研究電磁波在良好導(dǎo)體表面的反射（2） 研究電磁波在良好介質(zhì)表面上的反射和折射（3） 研究電磁波全反射和全折射的條件2. 實(shí)驗(yàn)原理與說明（1）電磁波斜投射到不同媒質(zhì)分界面上的反射和折射如圖所

4、示，在媒介分界面上，有一平行極化波，以入射角斜投射時(shí)，入射波、反射波和折射波的電磁場可用下列公式表示：入射波場： .反射波場：. 折射波場：. .以上各式中，分別表示在兩種媒質(zhì)中的波阻抗。由邊界條件可知，在分界面上x=0處，有,，同時(shí)，三種波在分界面處必須以同一速度向方向傳播，即它們的波因子必須相等，則有：.由得.上式表明，媒質(zhì)分界面上反射角等于入射角，即反射定律。由得上式即折射定律或斯耐爾定律在x=0處，把式和式代入式，并根據(jù),，則得：.12對(duì)上兩式聯(lián)立求解，得平行極化波在媒質(zhì)分界面上的反射系數(shù) 與折射系數(shù)分別為：13 14下面對(duì)平行極化波在媒質(zhì)分界面上全折射的條件進(jìn)行分析垂直極化波的全折射

5、時(shí)，及,則有15.16顯然，只有時(shí)才有折射，即，這是無意義的，當(dāng)兩側(cè)同為空氣，即時(shí)，這時(shí)要實(shí)現(xiàn)全反射的傳播，對(duì)就有特殊要求。可利用傳輸線輸入阻抗的概念和公式，得到分界面上的輸入阻抗式中，及，為使波經(jīng)，并能全部進(jìn)入實(shí)現(xiàn)無反射，必須滿足等式,由此得到.17根據(jù)式17，d值已定，選擇合適的工作波長就可根據(jù)全折射的條件，選擇所需媒質(zhì)的值。若被測媒質(zhì),要實(shí)現(xiàn)無反射的傳輸，其厚度應(yīng)為d=10.04mm,可見，應(yīng)取聚苯乙烯板厚d=10mm, ,我們稱這種介質(zhì)板為半波長無反射媒質(zhì)板，如圖所示斜投射時(shí)的全反射，這時(shí)有即,利用式12可得到全折射時(shí)的入射角).18全折射角又稱布儒斯特角，它表示在內(nèi)傳播的波在分界面上

6、實(shí)現(xiàn)全折射時(shí)的入射角，如下圖所示可以證明，在媒質(zhì)分界面上出現(xiàn)全折射時(shí)，與之間有如下關(guān)系或.19因此，當(dāng)入射角時(shí)，在媒質(zhì)分界面上就不出現(xiàn)反射波了。由以上分析還可證明，平行極化波的全折射現(xiàn)象，既可出現(xiàn)在波由光疏向光密媒質(zhì)傳播，也可出現(xiàn)在波由光密向光疏媒質(zhì)傳播的情況。光由光疏向光密斜投射時(shí)有，波由光密向光疏斜投射時(shí)有.我們利用這一特性，取介質(zhì)板厚為d,其相對(duì)介電常數(shù)為，如圖所示，只要有就可以另一側(cè)接收到全部信號(hào)。對(duì)于垂直極化波，因一般媒質(zhì)，在斜投射時(shí)不存在全折射現(xiàn)象實(shí)驗(yàn)三、圓極化波特性一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 研究右旋、左旋圓極化波的形成、輻射和接收過程。2. 研究右旋、左旋圓極化波的反射和折射特性及其測試

7、方法二 研究原理與說明（1） 輻射過程：欲使在長為L的介質(zhì)片圓波導(dǎo)內(nèi)傳播后形成圓極化波，首先必須使介質(zhì)片法線方向與y軸夾角成，使的兩個(gè)分量與的幅度相等。其次，介質(zhì)片長度L選擇合適，使與經(jīng)L傳播后相位相差為，最終形成圓極化波并經(jīng)圓喇叭向空間輻射。（2） 接收過程：欲接收右旋圓極化波，則它經(jīng)過充有長為的介質(zhì)片圓波導(dǎo)后，實(shí)現(xiàn)與同相疊加。無論是右旋或左旋圓極化波的接收，都需滿足的條件。（3）右旋或左旋圓極化的反射和折射特性。今后以左旋圓極化波垂直投射到介質(zhì)板表面，則反射波因傳播方向改變，成為左旋圓極化波?？梢?，右旋圓極化波經(jīng)反射后形在左旋圓極化波，這時(shí)須用左旋接收喇叭接收，而折射波的方向不變，仍屬右旋圓極化波，這時(shí)應(yīng)用右旋接收喇叭。三實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 圓極化波隨圓度e的調(diào)整與測試。無論是右旋或左旋圓極化波，,即e=1，實(shí)際上就算不錯(cuò)。把輻射與接收右旋或左旋圓極化波的裝置，都作輻射圓極化波的源，接收時(shí)用矩形喇叭繞z軸轉(zhuǎn)，以確定它們的橢圓度四實(shí)驗(yàn)儀器（1） DH926A型電磁波綜合測試儀，測圓極化波反射折射物性用附件一套（2） DH1211型3cm固態(tài)源一臺(tái)（3） 微安表頭一只（或XF-01型選頻放大器一臺(tái)）實(shí)驗(yàn)一、電磁波參量的測量（單位：mm）可移動(dòng)板總位移自由空間波長相移常數(shù)工作波長（看微波源指示）實(shí)驗(yàn)二、電磁波的反射與折射（2） 電