电磁场与电磁波实验指导书2014(2)

实验一、电磁波参量的测量

1.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如E、H和S 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λ，并确定电磁波的相位常数β和波速υ。

（3）了解电磁波的其他参量，如波阻抗η等。

2.实验仪器：

（1）DH1211型3cm固态源1台

（2）DH926A型电磁波综合测试仪1套

（3）XF-01选频放大器1台

（4）PX-16型频率计

3.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，它们相互干涉的结果，在传播路径上形成驻波分布。通过测定驻波场节点的分

布，求得波长λ的值，由

2π

β

λ

=、f

υλ

=得到电磁波的主要参数：β、υ

设0r P 入射波为:0j i i E E e βγ

-=

当入射波以入射角θ向介质板斜投射时，在分界面上产生反射波r E 和折射波i E 。设入射波为垂直极化波，用R ⊥表示介质板的反射系数，用0T ⊥和T ε⊥表示由空气进入介质板和由介质板进入空气的折射系数。可动板2r P 和固定板1r P 都是金属板，其电场反射系数为-1，则3r P 处的相干波分别为：

110j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 1131()r r L L L φββ=+= 220j r i E R T T E e φε-⊥⊥⊥=- 22331()()r r r r L L L L L φββ=+=++V

其中，21L L L ∆=-

因为1L 是固定值，2L 则随可动板位移L V 而变化。当2r P 移动L V 值时，使3r P 具有最大输出指示时，则有1r E 和2r E 为同相叠加；当2r P 移动L V 值，使3r P 具有零值输出指示时，必有1r E 和2r E 反相。故可采用改变2r P 的位置，使3r P 输出最大或零指示重复出现。 在3r P 处的相干波合成 1

21210()i i r r r i E E E R T T E e e φφε--⊥⊥=+=-+

或写成 12(

)

12

2

102cos(

)2

j r i E R T T E e

φφεφφ+-⊥⊥-=- 式中12L φφφβ=-=V

V 为测准入值，一般采用 3r P 零指示办法 ，即

cos(

)02φ=V 或(21)22

n φπ

=+V n=0.1.2….. n 表示相干波合成驻波场的波

节点（0r E =）处。除n=0以外的n 值，表示相干波合成驻波的半波长数。将n=0时0r E =的驻波节点作为参考位置0l :2π

φλλ

=

V V 故2(21)n L π

πλ

+=

V

4、实验内容

1） 了解并熟悉电磁波综合测试仪的工作特点，使用方法，特别要熟悉与掌握利用相干波原

理测试电磁波波长的方法

2） 了解3cm 固态源的使用方法和正确操作。

3.）电磁波E 、H 和S 三者符合右手螺旋规则，向3r P 传播的波应有：E =y u v

y E ,H =-x v x H

S =E ⨯H=z v y x E H =z v 2

y

E μ

4)测λ值

移动可动板2r P ，测n l 值，根据测得值，计算λ、β、υ的值。

实验二、电磁波的反射与折射

1. 实验目的

（1） 研究电磁波在良好导体表面的反射

（2） 研究电磁波在良好介质表面上的反射和折射 （3） 研究电磁波全反射和全折射的条件 2. 实验原理与说明

（1）

电磁波斜投射到不同媒质分界面上的反射和折射如图所示，在媒介分界面上，有一平行极化波，以1θ入射角斜投射时，入射波、反射波和折射波的电磁场可用下列公式表示： 入射波场：111(cos sin )

10111(sin cos )i x x E E x z e

βθθθθ--+=+u u v v v

……………………①

111

(cos sin )

0111

j x x E H y e βθθη--+=u u v u v …………………………………….②

反射波场：''

111(cos sin )'''

'10111(sin cos )i x x E E x z e βθθθθ-+=+u u v v v ………………….. ③

''111

(cos sin )

'0111

j x x E H y e βθθη-+=u u v u v ………………………………………④

折射波场：222(cos sin )

20222(sin cos )j z E E x z e βθθθθ-+=+u u v v v …………………….⑤

222

(cos sin )

022j x x E H y e βθθη

--+=u u u v u v ……………………………………..⑥

以上各式中，12ηη分别表示在两种媒质中的波阻抗。由边界条件可知，在分界面上x=0处，

有12t t E E =,12t t H H =，同时，三种波在分界面处必须以同一速度向z v

方向传播，即它们的