电磁波反射与折射的研究

1、电磁波反射和折射的研究实验目的研究电磁波在良导体表面的反射;I 2. 研究电磁波在良介质表面的反射和折射；3. 研究电磁波全反射和全折射的条件。实验原理：1 电磁波斜入射到不同介质分界面上的反射和折射如图1所示，平行极化的均匀平面波以角度入射到良介质表面时，入射波、反射波和折射波可用下列式子表示为XZ图1 平行极化波的斜入射示意图jki (xsin zcos )入射波：E Em (3x cos az sin )e反射波： l zjki(xsinzcos)R / E -( ax cosaz sin )eRq氐n ay 时供sin”“、zcos ) Syezcos)折射波：E* TE_(axCos

2、az sin )e jk2(xsin zcos)litT/EmJK2 (xsinzcos)Mayeki11, k2利用分界面上(Z = 0)电场和磁场切向分量连续的边界条件，可得斯耐尔反射定律:和斯耐尔折射定律:sinsinkik21 20时1 1 1并计算出平行极化波的反射系数R/和折射系数T :R/1 COS 2 cos1 COS 2 cos2 2 cosT/1 COS 2 cos类似地，可求出垂直极化波的反射系数和折射系数:2 COS1 cos2 COS1 cos2 2 cos2 COS 1 cos2 .全折射发生的条件：全折射也即没有反射波，发生全折射的条件可通过令反射系数为零得到。(

3、1) 对平行极化情形，令R o，可得全折射时的入射角：sin 1 I-tan 1 JA 12 V 1该入射角称为布儒斯特角。可以证明，此时的折射角90 P。可见，若电磁波以角度p入射到厚度为d的介质板表面，则i/sin cos p1 2这正是电磁波由2到I的全折射条件。因此，当电磁波以布儒斯特角从介质板的一侧入射时，在介质板的另一侧可接收到全部信号。如图2所示。对垂直极化波，类似的推导结果表明，其不会发生全折射现象。图2介质板全折射示意图(2) 对垂直入射情形0，反射系数和折射系数变为R显然，当12时，也即在同一种媒质中，电磁波是全折射的，并无讨论意义。当2具有一定厚度d，且2两侧同为空气时(

4、130)，如图3所示，利用传输线输入阻抗的概念和公式，得到1、2分界面上的输入阻抗3 j 2tan(k2d)Zin22 j 3tangd)当1 Zin时，可实现无反射，其条件为02 rr2满足该条件的介质板称为半波长无反射介质板。1、0f2，0、1，01r图3垂直入射介质板时全折射示意图(3) 电磁波斜入射到良导体表面的反射良导体的特性近似于理想导体，电磁波投射到良导体表面时，可认为发生全反射，此注：全反射在介质界面也是可以发生的，只是要求必须是从光密媒质入射到光疏媒质中，实际测量 时，装置都处于光疏媒质中，所以不便实际测量。三、实验仪器DH926B型微波分光仪，喇叭天线，DH1121B型三厘

5、米固态信号源DH926AD 型数据采集仪，计算机，良导体反射板，1.5 mm玻璃板。四、实验步骤与操作方法A全反射角的测量(1) 将DH926B型微博分光仪的两喇叭天线口面互相正对是，取向一致，它们各自的轴线应在同一条直线上，指示两喇叭天线位置的指针分别指于工作台的0-180刻度处。(2) 开启DH1121B型三厘米固态信号源，用接收天线前衰减器调节接收信号场强，使场强最大值为电流表满量程的 80% (80卩A)。(3) 将反射金属板垂直放到支架上，应使金属平面投切到支座下面的小圆盘上的90-90 刻度上(垂直投切波轴)。(4) 转动反射金属板，形成一个30的入射角；同时转 动DH926B型微

6、波分光仪的活动臂，使得反射角同为30，采集第一点信号并填入表31相应格中，然 后顺时针转动DH926B型微波分光仪的活动臂，以每5。的角度增量改变入射角，同时转动DH926B型微波分光仪的活动臂，以每5。的角度增量改变反射角，采集各点信号并记录在表格中，直到角度为80。【要点】接收，发射天线一定保持在一条直线上，入射角与反射角从30 80以5增量进行改变。(5) 精细采集。上述采集完成后，通过记录找出场强最大点处角度值，以该角度值为中心点，向前， 向后各扩展5。，然后以每1 的角度增量同步改变入射角与反射角，采集各点信号并记录在表格中，形 成11点数据记录，将其中最大值处的角度值填入表中，便可

7、得到全反射角。B.全折射角的测量(1 )将DH926B型微波分光仪的两喇叭天线口面互相正对是，取向一致，它们各自的轴线应在同一条直线上，指示两喇叭天线位置的指针分别指于工作台的90-90刻度处。(2) 开启DH1121B型三厘米固态信号源，用接收天线前衰减器调节接收信号场强，使场强最大值为电流表满量程的80% ( 80卩A)(3) 将有机玻璃介质板垂直放到支架上并固定，应使介质板平面投切到支座下面的小圆盘上的9090刻度上(平行投切波轴)，使得介质板的法线为0 。(4) 顺时针匀速缓慢转动DH926B型微波分光仪的转盘，以改变电磁波的投射角，同时观察接收场强信号，找到信号最大点，记录到表 3-2中。(5) 依据折射角”