115电磁波传播特性

注：本试验报告仅供学习、参考，谢绝抄袭。如有觉察抄袭，作者概不负责！注：本试验报告仅供学习、参考，谢绝抄袭。如有觉察抄袭，作者概不负责！10试验11.5 电磁波传播特性Part1电磁波参量的测量一、试验目的争论电磁波在良导体外表的反射。利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λK和波速v。二、试验仪器1台；1套；反射板〔金属板〕2块；半透射板〔玻璃板〕1块。三、试验原理和方法1.自由空间电磁波参量的测量过测定驻波场节点的分布，求得自由空间中电磁波波长λ值，再由K2vfKKv等。1所示，PP分别表示放射和接收喇叭天线，AB分别T R表示固定和可移动的金属反射板，C表示半透射板〔有机玻璃板。由P放射平面电磁波，T在平面波前进的方向上放置成45°角的半透射板，由于该板的作用，将入射波分成两束波，ABAB为金属全反射板，两列波就再次返回到半透射板并到达接收喇叭天线PPR Rπ的偶数倍，则干预加强；假设相位差为π的奇数倍，则干预减弱。BP的表头指示从一次微小变到又一次微小时，则反射板B就移动了Rλ/2的距离，由这个距离就可以求得平面波的波长。设入射波为垂直极化波

EEi

ejθ1

向介质板C斜入射时，在分界面上产生反射波Er

E。t0CR，T为由空气进入介质板的折射系数，T为由介质板进入空气的折0c射系数。固定板A和可移动板B都是金属板，反射系数均为-1。在一次近似的条件下，接P处的相干波分别为R1电磁波参量测试原理图E RTTE

ej1r1 0c 012E RTTE2

ej这里1Kl1Kl

r2 0c 0113lKL113lKll

LKL2 2 3 1 3 2L2ΔL=|L-L2

|BEE1 r1

2ΔL。EEr1 r2

的相位差为=2 1

2KL2ΔL满足2Lnn0,1,2, EEr1 r2

同相相加，接收指示为最大。2ΔL时满足2L2n1 2n0,1,2, E Er1 r2

反相抵消，接收指示为零。这里，n表示相干波合成驻波场的波节点数。RBP输出重复消灭最大指示，或重复消灭零指示即λλPR零指示方法。R图2相干波E 和Er1 r2

的分布相干波E 和Er1 r2

2n=0的节点处LΔ0Δ

作为第一个波节点〔参考点，对于n≠0的各值则有1n=1，2ΔL=3/2λ，对应其次个波节点，或第一个半波长数。12n=2，2ΔL=5/2λ，对应第三个波节点，或其次个半波长数。2……n=N，2ΔLN=(2N+1)/2λN+1N个半波长数。-1n 0由此可知，两个相邻波节点〔接收零值〕间的距离为ΔLn-ΔLn=λ/2，(n+1)个波节点之n个半波长，即ΔL-ΔL=nλ-1n 00λ=2(ΔLn-ΔL)/n0再把式该式代回，可以得到被测电磁波的Kv等参量。试验中可移动板Bn=4已足够，5个驻波节点，这时被测电磁波波长的平均值为λ=2(ΔL4-ΔL0)/4四、试验步骤整体机械调整〔见附录一，使PP相向，轴线在同一水平面线上，调整信号T RP表头指示接近满刻度。RABC1A、B90°角，C板法A45°A、BP、P的轴向重合。R TABP表头指示接近零，登记零指示的起始位R置。0B板移动，再从表头上测出n个微小值，同时从读数机构上得到相应于3〕的起始零指示位置求得反射板移动的位置ΔLΔL，连续测三次，求平均值，0nn=34即可。0依据测得的〔ΔL-ΔL〕λ、Kv值。0n五、数据记录与处理表1 电磁波波长、相位常数、波速的测量示零计数n=1 n=2 n=3n=4读数65.652mm 49.565mm 34.291mm18.326mm|ΔLn-ΔL1|0 16.087mm 31.361mm47.326mmλ=2(ΔL-ΔL)/(n-1)n 0—— 32.174mm 31.161mm31.551mm波长平均值λ λ=(λλ 1 2 3

31.629mm31.629nm。λ与三厘米固态信号发生器的出射电磁波参数的比较：f=9.37GHz，因而电磁波波长理论值为λ理论与实际间的误差为

=32.017mm理论32.017mm31.629mmw 32.017mm

100%1.21%可见具有较大的准确性。同时进展标准差的计算：3i13i12i32因而测得波长可写为=31.6290.295)m。六、试验后思考误差分析测得的波长值和真实值间的误差有以下几种主要的产生缘由：读数误差：对螺旋测微器的读数存在偶然误差；45°放置的玻璃板均为手动放置，且缺少准确测量摆放角度的方式，因而搭建时难免与抱负装置相差较大：电流示零处并非一个准确的点，而是在一段区间内均呈现为0。在试验中，虽然我们统一选取了“马上离开零点”处的值作为零点记录，但对于“马上离开零点”的定义难免会产生偏差；反射板和玻璃板并不抱负，存在的不平坦的平面会对试验结果产生较大影响。对装置改进的建议依据对误差来源的分析，可对装置做如下的改进：针对自行搭建装置时产生的角度误差：永久固定反射板和玻璃板的位置；或者实行其他方式便捷地确定所放置的板的位置及角度。针对零点选择时的偏差，可设计一个数字式读数装置，当探测到的电流从0开头正向经过一个微小量〔如A〕，准确地记录下螺旋测微器的读数。Part2电磁波的反射与折射一、试验目的争论电磁波在良导体外表的反射。争论电磁波在电介质外表的反射和折射。争论电磁波在介质外表发生无反射的条件。二、试验仪器1台；1套；测试用介质板、金属板。三、试验原理电磁波斜入射到两种不同介质分界面上的反射和折射反射定律折射定律

11sin 1sin2

121 2n1ε1、ε2分别为两种介质的介电常数；θ1、θ1’θ2分别为入射角、反射角和折射角。平行极化波入射到两种介质分解面上发生无反射〔全透射〕的条件平行极化波在两种介质分界面上的反射系数R和透射系数T的菲涅尔公式为：|| ||E ncosncosR 1 2

1 1 2|| E

ncos

ncos1 || 2 1 1 2E 2ncosT 2 1 1|| E1 ||

ncos2

ncos1 2||其中，E1为入射波场强、E1’为反射波场强、E2为折射波场强。欲使平行极化波斜入射时发生无反射，即R=0，由上式应有||可以解出无反射时的入射角为

ncos =ncosθ θ 122B

arctan21θB21平行极化波斜入射到厚度为d的介质板上，θ 如图3所示当= 时θ 1 B上发生全折射，折射波入射在其次个界面上，仍旧满足上式中的条件发生全折射，在介质板 后面就可以接收到全部入射信号。3斜入射时的全折射垂直极化波不行能产生无反射〔全折射〕垂直极化波入射在两种介质的分界面上，反射系数RT分别为⊥ ⊥E ncosncosR 1 1 1 2 2 E

ncosn

cos 1 1 1 2 2E 2ncosT 2 1 1 E n1 1

cos1

ncos2 2ε一般而言，≠εε1 2θ θ 射入光疏介质，总有ncos ≠ncos ，故R 0θ θ 1 1 2 2 ⊥θ 沿任意方向打算的平面电磁波以= 入射到两种介质的分界面上时θ 1 B直极化波重量，利用这种方法可以产生垂直极化波。电磁波斜入射到良导体外表的反射对于良导体，E=02EE,R1,T01 1四、试验内容调试试验装置平台使0°180°刻线，然后锁定活动臂。翻开固态信号源开关，连接在接收喇叭天线上的微安表将有指示，天线就相互对正了。电磁波入射到良导体外表的反射特性E〔可使微安表指示60μ90°刻线，这时转台上的0°刻线与导体板的法线方向全都，转动转台转变入射角θ1，测量在反射角时的反射波场强E〔仍用微安表指示的电流表示2中，1 1 1最终可把接收天线转到导体板后180刻线处，观看有无折射波。观看、测试介质板上的反射与折射试验装置如图4所示，把导体板换成介质板〔有机玻璃板3中，并验证|R|+|T|=1。4介质板上的反射与折射平行极化波斜入射到介质板上无反射试验1 2 1 〔喇叭天线短边平行于地面。首先测量入射波电场E1〔可使微安表指示60μA〕，然后把有机玻璃板放在转台上，使有90刻线。转动转台转变入射角，使EE，反射波场强E=〔可把接收天线转到反射波方向验证〕，这时θ=θ41 2 1 〔喇叭天线短边垂直于地面把放射天线转到任意方向〔例如顺时针旋转45°〕，使入射角θ1=θB，在反射波方向分别测量水平极化波和垂直极化波，记录试验结果。五、数据记录与处理表2 良导体外表的反射入射角θ 20°130° 40° 50°60°70°80°反射角θ’ 20.8°127.8° 38.0° 47.5°58.5°72.5°78.5°反射角与理论值误差 4.0%7.3% 5.0% 5.0%2.5%3.6%1.9%入射场强E(μA) 72.0172.0 72.0 72.072.072.072.0反射场强E’(μA) 71.0172.0 71.0 81.080.055.056.0衰减系数 0.0140.000 0.014 -0.125-0.1110.2360.222从测得反射角和理论值的误差比较中可以看到，两者吻合地格外好，最大也仅有7%的5给出了理论和实际的比照曲线：5理论与实际反射角的比照曲线图而比较入射和反射的场强则会觉察有明显的反常状况：在30°左右，入射和反射的电磁60°左右消灭比入射光更强的电磁波。比照图如图6所示。有更大地机率向其他方向散射，因而反射光线会有较大程度的衰减。而对于60°左右处探测场强大于入射场强的反常现象，我们疑心在这个角度处，由于反射板的缺陷，入射光线也局部地被探测器收集到了。6入射与反射场强的比照曲线图附录：电磁波综合试验系统一、电磁波综合测试仪1所示。1电磁波综合测试仪〔1〕系统简介①固定臂。②活动臂，可以自由转动。③转台，可以在水平面内转动，转动的角度可由边缘的刻度读出，左右各180°。④固态信号源。⑤衰减器，用于掌握放射信号大小。⑥发①固定臂。②活动臂，可以自由转动。③转台，可以在水平面内转动，转动的角度可由边缘的刻度读出，左右各180°。④固态信号源。⑤衰减器，用于掌握放射信号大小。⑥发射天线，是角锥喇叭天线，可绕水平或垂直轴线转动。⑦接收天线，也是角锥喇叭天线，也谐振，从而使接收信号增加。⑨检波器。⑩指示器，是一个微安表头，可以定量指示接收信号大小。〔2〕仪器的调整①调整底座上的三个螺栓，使转台平面水平，调整时可以用水平仪〔2〕仪器的调整①调整底座上的三个螺栓，使转台平面水平，调整时可以用水平仪正：旋转转台，使180°刻线与固定臂上的指针对正，使活动臂上的指针与0°刻线对正；通过目测，使收、发天线对正，收、发天线的上沿都应水平；翻开信号源，左右稍微转动收、发天线，使接收信号最大；最终固定收、发天线，系统就调整好了。〔3〕附件〔金属板〔玻璃二、三厘米固态信号发生器三厘米固态信号发生器由振荡器、隔离机和主机组成，主机面板如附图2所示。体效应