電磁場與微波測量實驗

1、 北京郵電大學(xué)電磁場與微波測量實驗報告學(xué)院： 班級：撰寫人： 組員： 實驗指導(dǎo)教師: 實驗一 電磁波反射和折射實驗一、實驗?zāi)康?. 熟悉S426型分光儀的使用方法；2. 掌握分光儀驗證電磁波反射定律的方法；3. 掌握分光儀驗證電磁波折射定律的方法。二、實驗設(shè)備與儀器S426型分光儀三、實驗原理電磁波在傳播過程中如遇到障礙物，必定要發(fā)生折射，本處以一塊大的金屬板作為障礙物來研究當(dāng)電磁波以某一入射角投射到此金屬板上所遵循的反射定律，即反射線在入射線和通過入射點的法線所決定的平面上，反射線和入射線分居在法線兩側(cè)，反射角等于入射角。驗證均勻平面波在無耗媒質(zhì)中的傳播；均勻平面波在有耗媒質(zhì)中的傳播；均勻平

2、面波垂直入射理想導(dǎo)體表面的傳播特性；均勻平面波垂直入射理想電解質(zhì)表面的傳播特性。四、 實驗內(nèi)容與步驟1. 熟悉分光儀的結(jié)構(gòu)和調(diào)整方法2. 連接儀器，調(diào)整系統(tǒng)儀器連接時，兩喇叭口面應(yīng)相互正對，它們各自的軸線應(yīng)在一條直線上，指示兩喇叭的位置的指針分別指于工作平臺的90刻度處，將支座放在工作平臺上，并利用平臺上的定位銷和刻線對正支座，拉起平臺上的四個壓緊螺釘旋轉(zhuǎn)一個角度后放下，即可壓緊支座。3. 測量入射角和反射角反射金屬板放到支座上時，應(yīng)使金屬板平面與支座下面的小圓盤上的某一對刻線一致。而把帶支座的金屬反射板放到小平臺上時，應(yīng)使圓盤上的這對與金屬板平面一致的刻線與小平臺上相應(yīng)90度的一對刻線一致。

3、這是小平臺上的0刻度就與金屬板的法線方向一致。轉(zhuǎn)動小平臺，使固定臂指針指在某一角度處，這角度讀數(shù)就是入射角，然后轉(zhuǎn)動活動臂在表頭上找到一最大指示，此時活動臂上的指針所指的刻度就是反射角。調(diào)整衰減器、固態(tài)振蕩器或晶體檢波器，使表頭指示接近滿量程。入射角取30至65度之間。五、 實驗原始數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理1. 金屬板全反射實驗入射角（度）3035404550556065反射角（度）左側(cè)24.531.438.24446.45358.765.8右側(cè)33.837.24345.550.15559.866.5平均值29.234.340.644.848.35459.366.2入射角與反射角的差值（絕對值）0.80

4、.70.60.21.710.71.2數(shù)據(jù)分析：從表格中的測量數(shù)據(jù)可以看出，測得的反射角與入射角有偏差。按照反射定律，反射角應(yīng)該等于入射角。因此除了測量誤差外，可能的原因是由于儀器的放置不夠準確，例如兩喇叭口面沒有水平，活動臂并非水平等，造成了系統(tǒng)誤差。當(dāng)然，周圍同時進行的實驗也可能會對此造成誤差。但從總體的數(shù)據(jù)走勢上看，依然是滿足反射定律的，即在一定的誤差范圍內(nèi)，可以認為反射角等于入射角。2.觀察介質(zhì)板（玻璃板）上的反射和折射實驗（總電流65A）將金屬板換做玻璃板，觀察、測試電磁波在該介質(zhì)板上的反射和折射現(xiàn)象，自行設(shè)計實驗步驟和表格，計算反射系數(shù)和透射系數(shù)，驗證透射系數(shù)和反射系數(shù)相加是否等于1

5、 。實驗步驟參照金屬板全反射實驗，只需把金屬板換成玻璃板，其余步驟類似。測量數(shù)據(jù)如下：入射角(度)3035404550556065反射角(度)22.530363946495759反射電流(A)3636374250475145反射系數(shù)0.4620.5540.5690.6460.7690.7230.7840.692折射角(度)242832.8364246.55255折射電流(A)252527252517149折射系數(shù)0.3850.3850.4150.3850.3850.2620.2150.138反射系數(shù)與折射系數(shù)之和0.8470.9390.9841.0311.1540.9850.9990.82數(shù)據(jù)

6、分析：由上表可見，透射系數(shù)和反射系數(shù)相加并不嚴格等于1，而是在1左右波動，這可能是由于儀器誤差以及環(huán)境影響，導(dǎo)致發(fā)射天線所發(fā)射的電磁波沒有全部到達接收天線而引起的。當(dāng)然實驗也存在由于讀數(shù)和操作而造成的誤差，但在誤差范圍內(nèi)，還是可以認為透射系數(shù)和反射系數(shù)相加等于1。六、 思考題1.在衰減器旁邊的螺釘有什么作用？答：衰減器旁邊的螺釘主要是調(diào)節(jié)入射電磁波的能量強度，起調(diào)節(jié)波強的作用。2.電磁波的反射和激光的反射有何相同之處以及不同之處？答：相同之處是它們都遵循反射定律，即反射角等于入射角；不同之處是低頻電磁波反射能量比較分散，而激光反射能量比較集中。3.測量反射角過程中，出現(xiàn)幾次極大值，為什么？答：

7、測量反射角過程中，應(yīng)出現(xiàn)2次極大值，一次是因為發(fā)生全反射，一次是因為產(chǎn)生布儒斯特角，兩次能量達到極大。4.透射系數(shù)和反射系數(shù)相加是否等于1？為什么，進行誤差分析。答：透射系數(shù)與反射系數(shù)之和在1左右波動，在誤差范圍內(nèi)可認為等于1。誤差來源于儀器的系統(tǒng)誤差、周圍環(huán)境的影響、數(shù)據(jù)的讀數(shù)誤差、以及由于發(fā)射天線發(fā)射的電磁波沒有全部到達接收天線因而在計算透射系數(shù)和反射系數(shù)時產(chǎn)生誤差。實驗二 單縫衍射實驗一、實驗?zāi)康恼莆针姶挪ǖ膯慰p衍射時衍射角對衍射波強度的影響。二、實驗設(shè)備與儀器S426型分光儀三、實驗原理當(dāng)一平面波入射到一寬度和波長可比擬的狹縫時，就要發(fā)生衍射的現(xiàn)象。在縫后面出現(xiàn)的衍射波強度并不是均勻的

8、，中央最強，同時也最寬。在中央的兩側(cè)衍射波強度迅速減小，直至出現(xiàn)衍射波強度的最小值，即一級極小，此時衍射角為 ，其中是波長，a是狹縫寬度。兩者取同一長度單位，然后，隨著衍射角增大，衍射波強度又逐漸增大，直至出現(xiàn)一級極大值，角度為： (如左圖所示)四、實驗內(nèi)容與步驟儀器連接時，預(yù)先接需要調(diào)整單縫衍射板的縫寬，當(dāng)該板放到支座上時，應(yīng)使 狹縫平面與支座下面的小圓盤上的某一對刻線一致，此刻線應(yīng)與工作平臺上的900刻度的一對線一致。轉(zhuǎn)動小平臺使固定臂的指針在小平臺的1800處，此時小平臺的00就是狹縫平面的法線方向。這時調(diào)整信號電平使表頭指示接近滿度。然后從衍射角00開始，在單縫的兩側(cè)使衍射角每改變20

9、讀取一次表頭讀數(shù)，并記錄下來，這時就可畫出單縫衍射強度與衍射角的關(guān)系曲線，并根據(jù)微波波長和縫寬算出一級極小和一級極大的衍射角，并與實驗曲線上求得的一級極小和極大的衍射角進行比較。具體步驟：1.連接好系統(tǒng)，開啟信號源。2.將單縫衍射板的縫寬調(diào)整為70mm左右，將其安放在支座上，衍射板的邊線與刻度盤上兩個90°對齊；轉(zhuǎn)動小平臺使固定臂的指針在小平臺的1800處，此時小平臺的00就是狹縫平面的法線方向。這時調(diào)整信號電平使表頭指示接近滿度。3.依次微調(diào)發(fā)射喇叭、衍射板、接收喇叭，使衍射強度分布的中央極大位于0°；調(diào)節(jié)發(fā)射和接收衰減器，使中央極大值的信號電平處于8090；在500的范

10、圍內(nèi)轉(zhuǎn)動接收天線，觀察衍射強度分布，認為分布合理后開始測量。4.將微波分光儀的活動臂轉(zhuǎn)到衍射角從衍射角00開始，在單縫的兩側(cè)使衍射角每改變20 讀取一次表頭讀數(shù)，并記錄下來。5.作出單縫衍射的相對強度與衍射角的關(guān)系曲線（以衍射角為橫軸，電流值為縱軸），確定出極大和極小衍射角的實驗值。五、 實驗原始數(shù)據(jù)及數(shù)據(jù)處理1.單縫衍射實驗=70，=32角度左側(cè)衍射強度（uA）右側(cè)衍射強度（uA）010090288100492946998289564108060126248145037163834183024201872250.52421263282302325.5348365382405421344134

11、67481502525由此讀出一級極小和一級極大值，并與理論值相比較：一級極小值=27.20一級極大值=43.30左 右理論值 測量值 理論值 測量值一級極小值27.20 28027.20 240一級極大值43.30 44043.30 無由以上可得實際值與理論基本符合，遵守了相同規(guī)律，測量值與理論值不同是由于實驗存在誤差，首先儀器產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差無法避免，其次在測量的時候產(chǎn)生的隨機誤差，最后在實驗室中由于大家實驗電磁波輻射相互干擾也造成較大誤差。2.單縫衍射實驗=50，=32角度左側(cè)衍射強度（uA）右側(cè)衍射強度（uA）080802847549389694768806010705712826414

12、706116585518424420322722191424142618281630632034236438440242444124614484500521一級極小值=39.80一級極大值=73.70左 右理論值 測量值 理論值 測量值一級極小值39.80 32039.80 無一級極大值73.70 46073.70 無由以上可得實際值與理論有一定的差距，特別是一級大值，但是總體還是遵守了相同規(guī)律，出現(xiàn)的的不同是由于實驗存在誤差，首先儀器產(chǎn)生的系統(tǒng)誤差無法避免，其次在測量的時候產(chǎn)生的隨機誤差，最后在實驗室中由于大家實驗電磁波輻射相互干擾也造成較大誤差。3.單縫衍射實驗=20，=32角度左側(cè)衍射強度（uA）右側(cè)衍射強度（uA）0202022417433146382483630102628122820144024164530183247201453221040241915261828223016326344361438314032428442466481850285216一級極小值=無結(jié)果一級極大值=無結(jié)果左 右理論值 測量值 理論值 測量值一級極小值無 無無 無一級極大值無 無無 無由于縫過小，狹