电磁场与电磁波实验报告-2

电磁场与电磁波实验报告

实验一电磁场参量的测量

实验目的

1、在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性互相垂直。

2、熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长，并确定电磁波

的相位常数和波速

实验原理

两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内从相同（或相反）方向传播时，由于初始相位不同发生干涉现象，在传播路径上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间内电磁波波长的值，再由2，f

得到电磁波的主要参量：和等。

本实验采取了如下的实验装置

设入射波为E i E）e j，当入射波以入射角!向介质板斜投射时，则在

分界面上产生反射波E r和折射波E t。设介质板的反射系数为R,由空气进入

介质板的折射系数为T o，由介质板进入空气的折射系数为T c，另外，可动板

P r2和固定板P r1都是金属板，其电场反射系数都为-1。在一次近似的条件下,

接收喇叭处的相干波分别为E M RT o T c E oi e j 1，RT o T c E^e j 2

这里 1 2L ri L r3 L ri ；2 2L「2 L“2L M 2 L L r3 L2；其中L L2 L i|。

又因为为定值，L2则随可动板位移而变化。当P r2移动L值，使P r3有零

指示输出时，必有E M与E r2反相。故可采用改变P r2的位置，使尺3输出最大或零指示重复出现。从而测出电磁波的波长和相位常数。下面用数学式

来表达测定波长的关系式。

在P r3处的相干波合成为E r E M E「2 e j 1 e j2

j 1 2 /

或写成E r2RT0T c E0i cos 2 e 2（1-2）

式中 1 2 2 L

为了测量准确，一般采用P3零指示法，即cos 20

或（2n 1），n=0,1,2……

这里n表示相干波合成驻波场的波节点（E r 0 ）数。同时，除n=0以外的n值，又表示相干波合成驻波的半波长数。故把n=0时E r 0驻波节点为参考节点的位置L。

2

又因 2 — L （1-3）

2

故2n 1 2 — L

或 4 L （2 n 1）（1-4）由（1-4）式可知，只要确定驻波节点位置及波节数，就可以确定波长的值。当n=0的节点处L。作为第一个波节点，对其他N值则有：

n=1, 4 L 4L1 L0 2 ,对应第二个波节点，或第一个半波长数。

n=1，4 L 4 L2 L! 2 ,对应第三个波节点，或第二个半波长数。

n=n , 4 L 4 L n L n i 2 ,对应第n+1个波节点，或第n个半波长数。

把以上各式相加，取波长的平均值得

2 L n L。

n

代入得到电磁波的参量，，等值。

三、实验步骤

(1)整体机械调整：调整发射喇叭P ro，接收喇叭P r3，使其处于同种极化状态。

(2)安装反射板，半透射板：注意反射板用与p r2轴向成90度角，半透射板轴向

与Pn轴向成45度角，并注意反射板P ri与F>2的法向分别与P r3,P r0轴向重合。

(3)将所有调整到位部分用螺钉锁紧，调整发射端的衰减器以控制信号电平，使

P r3表头指示为80。

(4)旋转游标使可移动反射板P r2的起始位置在最右侧(或最左侧)，用旋转手柄移

动P r2使所有节点位置处，P r3表头指示都为0.此时说明整个系统调整到位。

(5)测量：用旋转手柄使反射板移动，从表头上测出n+1个零点，同时从读数机构上得到所有节点位置L。到L n，并记录。

(6)连续测量3次，用公式(1-5)计算波长，并将3次波长求平均值，取3或4即

可。

(7)用所测波长计算，值。

(1-5)

四、实验数据

五、实验结果整理，误差分析

43.039 58.692 11.342 26.458 15.983(mm) 2 4

31.966mm ；

f 9.3787GHZ

c

理论上31.987(mm)

误差=31.987 31.966 100% 0.0657%

31.987

误差分析：原因可能有：

⑴ 系统误差。由某些固定不变的因素引起的。在相同条件下进行多次测量，其误差数值的大小和正负保持恒定，或误差随条件改变按一定规律变化。

⑵ 随机误差由某些不易控制的因素造成的。在相同条件下作多次测量，其误差数值和符号是不确定的，即时大时小，时正时负，无固定大小和偏向。随机误差服从统计规律，其误差与测量次数有关。随着测量次数的增加，平均值的随机误差可以减小，但不会消除。

例如：微安表读数存在一定的误差；装置摆放多靠目测，难以保证垂直、对准、水平等条件严格满足，如两个喇叭口不水平；

⑶ 粗大误差与实际明显不符的误差，主要是由于实验人员粗心大意，如读数错误，记录错误或操作失败所致。这类误差往往与正常值相差很大，应在整理数据时依据常用的准则加以剔除。

减小误差：

（1）选定合适的实验仪器。工欲善其事，必先利其器，需要仔细考虑。

（2）严格按照实验步骤、方法操作。

（3）熟练掌握各种测量器具的使用方法，准确读数。

（4）创新，直接改进测量方法

六、思考题

用相干波测电磁波波长时，如图若介质板放置位置转90 度，将出现什

么现象？这时能否测准答：原测量方法时

？为什么？

Er1= -Rn TnO Tn Eie-i 1 Er2= -Rn TnO TnEie-i 2

转后

Er1= -Rn Eie-- 1 Er2= -Rn TnO TnEie--i2

这将使得由TnO Tn所产生的幅度相位变化也计入两相的和中，

因此很可能无法产生明显的驻波分布。因此不能准确测量入值

七、心得体会

本实验初步研究学习了电磁波基本参量的测量方法，从直观上得到了电磁波作为一种非机械波但仍具备波的基本特性的结论。

本次实验进行得较为顺利，期间得到的结果也比较理想。我和我的搭档在进行第一次实验就得到了理想的结果，误差在十分微小，这主要是我们开始调节装置时就非常到位，就像老师在课上所说的“欲速则不达”的道理。

这次实验是第一次做电磁场与电磁波实验，在熟悉了电磁波参量的测量手段和仪器的使用方法的基础上，从很多方面学习和加深了对理论知识的理解。

实验二均匀无耗媒质参量的测量

实验目的

（1）应用相干波节点位移法，来研究均匀无损耗媒质参量r的测试。

（2）了解均匀无损耗媒质中电磁波参量，，与自由空间内电磁波参量

0, o,c的差别。

（3）熟悉均匀无损耗媒质分界面对电磁波的反射和折射的特性。

实验原理

媒质参量一般应包括介电常数和磁导率两个量。它们由媒质方程