电磁场与电磁波实验.docx

信息与通信工程学院电磁场实验实验报告班ﻩ级: 211123班 姓 名：ﻩ　　　　 　 　学ﻩ号: 序ﻩ号：ﻩ　 　　 日ﻩ 　 　 期:ﻩ 12月２2日目录实验一 电磁波参量的测量 3一、实验目的 3二、实验原理 3三、实验内容 2四、实验步骤 2五、实验数据及结果整理 3六、误差分析 3七、思考题 4实验二 均匀无耗媒质参量的测量 5一、实验目的 5二、实验原理 5三、实验内容 7四、实验步骤 7五、实验数据及结果整理 8六、误差分析 9七、思考题 9实验三 电磁波反射、折射的研究 10一、实验目的 10二、实验原理 10三、实验内容 2四、实验步骤 2五、实验数据 3六、实验结果整理 3七、误差分析 4八、思考题 4实验一 电磁波参量的测量一、实验目的 1.在学习均匀平面电磁场特性的基本上,观测电磁波传播特性 2．熟悉并运用相干波原理,测定自由空间内电磁波波长，并拟定相位常数和波速二、实验原理两束等幅,同频率的均匀平面电磁波,在自由空间以相似或相反方向传播时，由于初始相位不同发生干涉现象,在传播途径上可形成驻波场分布本实验正是运用相干波原理,通过测定驻波场节点的分布,求得自由空间内电磁波波长λ值,再由β=2πλ,ν=λf=ωβ得到电磁波的重要参数:β,ν等。

图１-1 其中λ的测量措施如下：设入射波为：Ei=E0ie-jϕ当入射波以入射角θ1向介质板斜投射时，则在分界面上产生反射波Er和折射波Et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T0，由介质板进入空气的折射系数为Tc,此外,可动板Pr2固定板Pr1都是金属板,其电场反射系数为-1在一次近似的条件下,接受喇叭Pr3处的相干波分别为Er1=-RT0TcE0ie-jϕ1,Er2=-RT0TcE0ie-jϕ2在Pr3处相干波合成为 Er=Er1+Er2=-RT0TcE0i(e-jϕ1+e-jϕ2)式中Δϕ=ϕ1-ϕ2=2β*ΔL为了精确测量,一般采用Pr3零批示法,即cosΔϕ2=0或Δϕ=(2n+1)π n=0,1,2…这里n表达相干波合成驻波场的波节点(Er=0）数同步，除n=0以外的ｎ值,又表达相干波合成驻波的半波长数故把n=0时Er=0的驻波节点为参照节点的位置L0,又因Δϕ=2*(2πλ)*ΔL故2n+1π=2*(2πλ)*ΔL或4ΔL=2n+1λ可得λ=2(Ln-L0)n 　(n为半波长数,一般ｎ=4已足够)图2-2 相干波Er1和Er2分布图三、实验内容1．理解电磁波综合测试仪的工作特点，使用措施，特别要熟悉和掌握运用相干波原理测试电磁波波长的措施。

2.仪器工作正常后，观测电磁波E、H和S三者符合右手螺旋规则３.测λ值移动可动板Pr2，并测出相应节点位置Ｌ，根据测得的L值及ｎ值，计算λ、β、ν4.用EIP２5频率计测出信号源频率，并计算λ0(=cf0)，并与所测λ进行比较四、实验环节1.整体机械调节:调节发射喇叭Pr0,接受喇叭Pr3，使其处在同种极化状态2.安装反射板，半透射板:注意反射板Pr1与Pr2轴向成90°角，半透射板轴向与Pr1轴向成4５°角，并注意反射板Pr1,Pr2的法向分别与Pr3、Pr0轴向重叠3.将所有调节到位部分用螺丝锁紧,调节发射端的衰减器以控制信号电平，使Pr3表头批示为８04.旋转游标使可移动反射板Pr2的起始位置在最右侧（或最左侧)，用旋转手柄移动Pr2使所有节点位置处，Pr3表头批示都为零此时阐明整个系统调节到位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，同步从读数机构上得到所有节点位置L0到Ln，并记录６.持续测3次，用公式计算波长,并将３次波长求平均值,ｎ取3或4即可7.用所测波长计算β、ν的值五、实验数据及成果整顿1.原始数据表格：（微安表读数选用左右偏离2uA的地方读数）单位:mｍ第一组第二组第三组第四组L左/ｍm4．1001８.56534．755５１.10０L右/mm6.４85２1.07037.145５3．４８0Ｌ/ｍｍ5.293１9.81835．950５2．2４０2．理论值:从仪器标称来看，发射频率为f0=9.37１8GＨｚ,λ0=c0f0=32.011mm３．计算值：（1)波长：波长的实际值:λ=2*L3+L2-L1+L04=31.298mm相对误差:ε=λ0-λλ0*100%=|32.011-31.29832.011|*100%=2.23%绝对误差:Δλ=λ0-λ=0.713mm在误差容许范畴内,可觉得成果对的。

2）下面计算β,v的计算值：β=2πλ≈0.201v=2πfβ≈２.933２*108m/s六、误差分析由以上计算可得，计算的成果与理论值有一定偏差,但是误差还在误差容许范畴内，因此属于正常误差,误差产生因素由如下几点：1. 整体机械调节时,都是用人眼来拟定与否水平，与否垂直,喇叭的调节也不精确,不能保证完全平行极化或垂直极化，因此产生了误差2. 用相干波测波长的装置读数时，微安表刻度有限,底座上的角度刻度表也精度有限3. 读数的时候,人眼读书也会存在一定的误差，所测量的数据组数有限;4. 实验室内的温度在实验过程中发生变化，并且空气中电磁波的传播速度不不小于真空中的光速,而计算时默觉得真空光速计算的七、思考题ﻩ用相干波测量电磁波波长时,图1－1中的介质板放置位置若转900,将浮现什么现象？这时能否侧准λ？为什么？答:答:原测量方式中Er1=-RT0TcE0ie-jϕ1,Er2=-RT0TcE0ie-jϕ2介质板旋转9０°后Er1=-RT0TcE0iejϕ1，Er2=-RT0TcE0ie-jϕ2介质板旋转后使得T0Tc产生的幅度，相位变化也计入两项和之中,因此很也许无法产生明显的驻波分布,故无法精确测量λ的值。

实验二 均匀无耗媒质参量的测量一、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εr的测试;2.理解均匀无损耗媒质中电磁波参量λ、β、ν与自由空间内电磁波参量λ0、β0、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二、实验原理媒质参量一般应涉及介电常数ε和磁导率μ两个量，它们由媒质特性方程D=εE和B=μH来表征，要拟定ε,μ的值，总是要和场量E和H联系在一起，对于损耗媒质来说,ε和μ为复数，且和频率有关这里，我们仅仅对均匀无损耗电介质的介电常数ε进行讨论(μr=1的状况），最后以测定相对介电常数(εr=εε0）来理解媒质的特性和参量用相干波原理和测驻波节点的措施可以拟定自由空间内电磁波参量λ0、β0、c,对于具有εr的均匀无耗媒质，无法直接测得媒质中的λ、β、ν值,不能得到媒质参量值但是我们运用类似相干波原理实验装置,即实验一中的实验装置，根据对εr板放置前后引起驻波节点位置变化的措施,测得相位变化值，进而测定媒质εr值一方面固定Pr1，移动Pr2使Pr3浮现零批示,此时Pr2的位置在L3，然后紧贴Pr2的表面放置具有厚度为δ的待测εr介质样品板,Pr2仍处在波节点位置L3，由于εr板的引入使Pr3批示不再为零,如图2-2中的(ａ）和(ｂ）所示:我们把喇叭辐射的电磁波近似看做平面波，设Pr3接受喇叭处的平面波体现式：Er2=E0re-jβz由于Pr2处存在厚度为δ的εr的媒质板（非磁性材料的媒质μr=1)使Pr3处的Er1和Er2之间具有相位差。

ａ）(b）媒质板厚度为δ,则εr板内总的相位滞后值为Δϕ‘=Δϕε-Δϕ0=β0*2δ(εr-1)为再次使Pr3处实现相干波零批示接受,必须把Pr2连同εr板向前推动ΔL，导致一种相位增量Δϕ，其值为Δϕ=2πλ0*2Δl=β0*2Δl从而补偿了εr板的相位滞后, 使Pr3处实现零批示，有Δϕ=Δϕ‘,整顿后可得：εr=(1+Δlδ)2λ=λ0εr=λ0(1+Δlδ)β=2πλ=β0(1+Δlδ)ν=cεr=c(1+Δlδ)运用边界条件还能算得,反射系数与折射系数：R0ε=1-εr1+εrT0ε=21+εr三、实验内容1．用卡尺在εr板的四周测量其厚度,并取平均值δ２.根据图测出没有εr时的所有节点位置及有εr时相应的所有节点位置,计算其相应节点的差值，并计算其平均值ΔL3．把测试值列入表格中,并根据相应关系式，得到被测介质板的εr值,介质中的电磁波参量λ、β、ν及分界面上的Ｒ、T的值四、实验环节1.整体机械调节：并测出εr板的平均厚度δ2.根据图示安装反射板、透射板:固定Pr1，移动Pr2使Pr3表头批示为零，记下Pr3处L的位置３.将具有厚度为δ待测εr的介质板放在Pr2处,必须紧贴εr表面,同步注旨在放进εr板之后，Pr2仍处在波节点L的位置。

此时批示Pr3不再为零4.将Pr2和εr共同移动,使Pr2由L移到L‘处使Pr3再次示零,得到ΔL=L-L‘5.计算εr、λ、β、ν、R、T的值五、实验数据及成果整顿（1）用卡尺在εr板的四周测量其厚度,数据如下：第一组第二组第三组第四组δ/mm6.186.28５．80５.７0δ/mm5.99(２)媒质参量测试数据表：(λ0=32.011mm,β0=2πλ0=196.1826 rad/m）第一组第二组第三组第四组L左/mm4.1001８.56534.75５51．100L右/ｍm６.４852１.0７037．14553.480L/ｍm5.２９31９.８183５.9５０52.240L左'/mm\14.10031.08547.１30L右'/mm\1６．４7033．3854９.425L'/mm＼１５.2８532.23548.２78∆L/mm\4.５333．7153.962∆L/mm4.0７０εr=(1+∆l/δ)2\3.08６２2.６25０2.7６04λ=λ0εr ｍ\18．221619.757619.2670βr=β0εr ｒａd/m\34４.645３17.852325.９47V=Cεr m/s\１.708×1081.852×1081.8０6×108R=(1-εr)(1+εr)\-0．2745－0．23６7-0.248５Ｔ=2(1+εr)\0.725５0.76330.7515注：(１）εr、λ、β、ν、R、T的计算值已经涉及在上表中。

2)有介质板的状况下,第一组的数据读不出来,因此第一组的数据缺失，只用了二，三，四组的数据六、误差分析由以上计算可得,计算的成果与理论值有一定偏差,但是误差还在误差容许范畴内,因此属于正常误差,误差产生因素由如下几点:1. 整体机械调节时，都是用人眼来拟定与否水平，与否垂直,喇叭的调节也不精确，不能保证完全平行极化或垂直极化,。