电磁波实验指导书

《电磁场与波》实验指导书

实验 一 电磁波的反射与折射(验证实验 2学时)

1实验目的

1.1研究电磁波在良导体表面上的反射定律。 1.2研究电磁波在理想介质表面的反射和折射。 1.3研究电磁波产生全反射和无反射的条件。

2实验原理

2.1当均匀平面电磁波入射到两种不同媒质分界面上斜入射时，一般要产生反射和折射。在分界面上，入射波与反射波、折射波之间服从以下规律：

γθθ=i ... ... ... 1.1

ε

μεμθθγ

2

2

111

22

1sin sin =

==

V

V k k i

... ... ... 1.2

其中i 、、t 分别为入射角、反射角和折射角。且令i ==，t =2，k i 、k 、k t 分别为入射波、反射波、折射波的波矢量，其大小分别为k i =k =k 1 、 k t =k 2 。

2.2以上规律只反映了反射波、折射波与入射波之间的方向关系、而电场强度之间的大小和相位关系，可用反射系数和折射系数来表示。

对平行极化波来说，在两种媒质分界面上的反射系数ⅡR 和透（折）射系数ⅡT 如下：

θηθηθηθη2

2

1

1

2

2

1

1

cos cos cos cos +-=

Ⅱ

R ... ... ... 1.3 θ

ηθηθ

η1

1

2

2

1

2

cos cos cos 2+=

Ⅱ

T ... ... ... 1.4 1η、2η分别为第一媒质和第二媒质的特性阻抗。

现在我们来讨论最常见的两种情况： 2.2.1当波斜入射到良导体表面上时，由于

e

i

4

2

2π

σ

ωημ=

... ... ... 1.5

而良导体的

∞→σ，故02→η，所以1=Ⅱ

R

,0=ⅡT 。

这说明电磁波将发生全反射。

2.2.2平行极化电磁波斜入射到两种理想电介质分界面上产生无反射即全折射的条件是0=ⅡR 。 因为一般媒质

1

=

2

=，故可得到平行极化波以

1

=

=

arcsin εεε2

12+入射的，将满足0=ⅡR 的条件。该结论对电磁波从波疏媒质向波密媒质(

1

<

2

)投射，或者从波密媒质向波疏媒质

(

1

>

2

)投射都能满足。

理论分析证明，此时折射角与布儒斯特角p 之间关系为：t =p =

2

π 如图1.2示，只要1=p

，则在介质板的另一侧就可直接收到全部信号。 2.3由于一般媒质均有

1=2=0，故对垂直极化不存在无反射现象现象。

3仪器设备

分度转台，三厘米微波振荡源、隔离器、可变衰减器、晶体检波器、喇叭天线，波导同频转换器，

光电检流计，介质板，电缆，金属板。

4设备调整

4.1振荡器输出端通过隔离器、可变衰减器接发射天线，安装在固定臂上，改变可变衰减器可以调节入射波的强度。

4.2光电检流计由视频电缆与晶体检波器接到接收天线上，安装于活动臂上，活动臂上有一指针指着刻度盘，转动活动臂即可读得转动的角度。

4.3用水平仪校正分度转台，调整脚螺栓使底座处于水平位置。

4.4转工作平台：使0o 刻度线对准固定臂指针，再转动活动臂使其指针对准工作台的180o

线，用基座上的螺栓锁紧。调整收、发喇叭使其处在同一直线上。

5实验内容

5.1良导体表面对电磁波反射特性的测试

5.1.1把金属板放在支座上，应使用金属平面与支座下小圆盘上的某一对刻度线一致。而把带支座

的金属板放到小平台上，应使小圆盘上的这对与金属板面一致的刻线与平台上相应的90o

的一对刻度线

一致。这时小平台的0o

刻线与金属板法线方向一致。

5.1.2转动小平台，使固定臂的指针在某角度处，该角的读数就是入射角。然后转动活动臂，在表头找一最大指示，调可变衰减器使表头最大指示接近满刻度，此时活动臂上所指的刻度就是入射角。

注意：做此实验，入射角最好取30～65o

之间，因为入射角太大，接收喇叭有可能直接接收入射波。 5.2无损耗介质表面斜入射电磁波折射的测试

5.2.1换下金属板按上述方式把无损耗介质板(长玻璃板)置于测试位置，并调整介质板板面，使其处于和喇叭天线垂直的位置。

5.2.2转动收发转角90o

，使其产生水平极化波，记下入射波场强E

5.2.3改变玻璃板转角，使收到的折射波场E to =E io 从而得到斜入射时产生的全折射的入射角p 及折射角，把测得的数据与计算值进行比较。

入射角i

反射角

反射场E 0

6 6.1列出实验数据表，并对数据进行分析。

6.2对比电磁波斜入射时良导体及良好介质表面的差别。

6.3实验中，入射波是平行极化波，若为垂直极化波能否产生全折射？为什么？

p

计算值

（

=

εεε2

121

sin

+-）

反射场强E 0 t

值（

t

=θP

n

-2

）

执笔人：聂翔、贾建科、韩团军