115電磁波傳播特性

注：本試驗(yàn)報(bào)告僅供學(xué)習(xí)、參考，謝絕抄襲。如有覺(jué)察抄襲，作者概不負(fù)責(zé)！注：本試驗(yàn)報(bào)告僅供學(xué)習(xí)、參考，謝絕抄襲。如有覺(jué)察抄襲，作者概不負(fù)責(zé)！10試驗(yàn)11.5 電磁波傳播特性Part1電磁波參量的測(cè)量一、試驗(yàn)?zāi)康臓?zhēng)論電磁波在良導(dǎo)體外表的反射。利用相干波原理，測(cè)定自由空間內(nèi)電磁波波長(zhǎng)λK和波速v。二、試驗(yàn)儀器1臺(tái)；1套；反射板〔金屬板〕2塊；半透射板〔玻璃板〕1塊。三、試驗(yàn)原理和方法1.自由空間電磁波參量的測(cè)量過(guò)測(cè)定駐波場(chǎng)節(jié)點(diǎn)的分布，求得自由空間中電磁波波長(zhǎng)λ值，再由K2vfKKv等。1所示，PP分別表示放射和接收喇叭天線(xiàn)，AB分別T R表示固定和可移動(dòng)的金屬反射板，C表示半透射板〔有機(jī)玻璃板。由P放射平面電磁波，T在平面波前進(jìn)的方向上放置成45°角的半透射板，由于該板的作用，將入射波分成兩束波，ABAB為金屬全反射板，兩列波就再次返回到半透射板并到達(dá)接收喇叭天線(xiàn)PPR Rπ的偶數(shù)倍，則干預(yù)加強(qiáng)；假設(shè)相位差為π的奇數(shù)倍，則干預(yù)減弱。BP的表頭指示從一次微小變到又一次微小時(shí)，則反射板B就移動(dòng)了Rλ/2的距離，由這個(gè)距離就可以求得平面波的波長(zhǎng)。設(shè)入射波為垂直極化波

EEi

ejθ1

向介質(zhì)板C斜入射時(shí)，在分界面上產(chǎn)生反射波Er

E。t0CR，T為由空氣進(jìn)入介質(zhì)板的折射系數(shù)，T為由介質(zhì)板進(jìn)入空氣的折0c射系數(shù)。固定板A和可移動(dòng)板B都是金屬板，反射系數(shù)均為-1。在一次近似的條件下，接P處的相干波分別為R1電磁波參量測(cè)試原理圖E RTTE

ej1r1 0c 012E RTTE2

ej這里1Kl1Kl

r2 0c 0113lKL113lKll

LKL2 2 3 1 3 2L2ΔL=|L-L2

|BEE1 r1

2ΔL。EEr1 r2

的相位差為=2 1

2KL2ΔL滿(mǎn)足2Lnn0,1,2, EEr1 r2

同相相加，接收指示為最大。2ΔL時(shí)滿(mǎn)足2L2n1 2n0,1,2, E Er1 r2

反相抵消，接收指示為零。這里，n表示相干波合成駐波場(chǎng)的波節(jié)點(diǎn)數(shù)。RBP輸出重復(fù)消滅最大指示，或重復(fù)消滅零指示即λλPR零指示方法。R圖2相干波E 和Er1 r2

的分布相干波E 和Er1 r2

2n=0的節(jié)點(diǎn)處LΔ0Δ

作為第一個(gè)波節(jié)點(diǎn)〔參考點(diǎn)，對(duì)于n≠0的各值則有1n=1，2ΔL=3/2λ，對(duì)應(yīng)其次個(gè)波節(jié)點(diǎn)，或第一個(gè)半波長(zhǎng)數(shù)。12n=2，2ΔL=5/2λ，對(duì)應(yīng)第三個(gè)波節(jié)點(diǎn)，或其次個(gè)半波長(zhǎng)數(shù)。2……n=N，2ΔLN=(2N+1)/2λN+1N個(gè)半波長(zhǎng)數(shù)。-1n 0由此可知，兩個(gè)相鄰波節(jié)點(diǎn)〔接收零值〕間的距離為ΔLn-ΔLn=λ/2，(n+1)個(gè)波節(jié)點(diǎn)之n個(gè)半波長(zhǎng)，即ΔL-ΔL=nλ-1n 00λ=2(ΔLn-ΔL)/n0再把式該式代回，可以得到被測(cè)電磁波的Kv等參量。試驗(yàn)中可移動(dòng)板Bn=4已足夠，5個(gè)駐波節(jié)點(diǎn)，這時(shí)被測(cè)電磁波波長(zhǎng)的平均值為λ=2(ΔL4-ΔL0)/4四、試驗(yàn)步驟整體機(jī)械調(diào)整〔見(jiàn)附錄一，使PP相向，軸線(xiàn)在同一水平面線(xiàn)上，調(diào)整信號(hào)T RP表頭指示接近滿(mǎn)刻度。RABC1A、B90°角，C板法A45°A、BP、P的軸向重合。R TABP表頭指示接近零，登記零指示的起始位R置。0B板移動(dòng)，再?gòu)谋眍^上測(cè)出n個(gè)微小值，同時(shí)從讀數(shù)機(jī)構(gòu)上得到相應(yīng)于3〕的起始零指示位置求得反射板移動(dòng)的位置ΔLΔL，連續(xù)測(cè)三次，求平均值，0nn=34即可。0依據(jù)測(cè)得的〔ΔL-ΔL〕λ、Kv值。0n五、數(shù)據(jù)記錄與處理表1 電磁波波長(zhǎng)、相位常數(shù)、波速的測(cè)量示零計(jì)數(shù)n=1 n=2 n=3n=4讀數(shù)65.652mm 49.565mm 34.291mm18.326mm|ΔLn-ΔL1|0 16.087mm 31.361mm47.326mmλ=2(ΔL-ΔL)/(n-1)n 0—— 32.174mm 31.161mm31.551mm波長(zhǎng)平均值λ λ=(λλ 1 2 3

31.629mm31.629nm。λ與三厘米固態(tài)信號(hào)發(fā)生器的出射電磁波參數(shù)的比較：f=9.37GHz，因而電磁波波長(zhǎng)理論值為λ理論與實(shí)際間的誤差為

=32.017mm理論32.017mm31.629mmw 32.017mm

100%1.21%可見(jiàn)具有較大的準(zhǔn)確性。同時(shí)進(jìn)展標(biāo)準(zhǔn)差的計(jì)算：3i13i12i32因而測(cè)得波長(zhǎng)可寫(xiě)為=31.6290.295)m。六、試驗(yàn)后思考誤差分析測(cè)得的波長(zhǎng)值和真實(shí)值間的誤差有以下幾種主要的產(chǎn)生緣由：讀數(shù)誤差：對(duì)螺旋測(cè)微器的讀數(shù)存在偶然誤差；45°放置的玻璃板均為手動(dòng)放置，且缺少準(zhǔn)確測(cè)量擺放角度的方式，因而搭建時(shí)難免與抱負(fù)裝置相差較大：電流示零處并非一個(gè)準(zhǔn)確的點(diǎn)，而是在一段區(qū)間內(nèi)均呈現(xiàn)為0。在試驗(yàn)中，雖然我們統(tǒng)一選取了“馬上離開(kāi)零點(diǎn)”處的值作為零點(diǎn)記錄，但對(duì)于“馬上離開(kāi)零點(diǎn)”的定義難免會(huì)產(chǎn)生偏差；反射板和玻璃板并不抱負(fù)，存在的不平坦的平面會(huì)對(duì)試驗(yàn)結(jié)果產(chǎn)生較大影響。對(duì)裝置改進(jìn)的建議依據(jù)對(duì)誤差來(lái)源的分析，可對(duì)裝置做如下的改進(jìn)：針對(duì)自行搭建裝置時(shí)產(chǎn)生的角度誤差：永久固定反射板和玻璃板的位置；或者實(shí)行其他方式便捷地確定所放置的板的位置及角度。針對(duì)零點(diǎn)選擇時(shí)的偏差，可設(shè)計(jì)一個(gè)數(shù)字式讀數(shù)裝置，當(dāng)探測(cè)到的電流從0開(kāi)頭正向經(jīng)過(guò)一個(gè)微小量〔如A〕，準(zhǔn)確地記錄下螺旋測(cè)微器的讀數(shù)。Part2電磁波的反射與折射一、試驗(yàn)?zāi)康臓?zhēng)論電磁波在良導(dǎo)體外表的反射。爭(zhēng)論電磁波在電介質(zhì)外表的反射和折射。爭(zhēng)論電磁波在介質(zhì)外表發(fā)生無(wú)反射的條件。二、試驗(yàn)儀器1臺(tái)；1套；測(cè)試用介質(zhì)板、金屬板。三、試驗(yàn)原理電磁波斜入射到兩種不同介質(zhì)分界面上的反射和折射反射定律折射定律

11sin 1sin2

121 2n1ε1、ε2分別為兩種介質(zhì)的介電常數(shù)；θ1、θ1’θ2分別為入射角、反射角和折射角。平行極化波入射到兩種介質(zhì)分解面上發(fā)生無(wú)反射〔全透射〕的條件平行極化波在兩種介質(zhì)分界面上的反射系數(shù)R和透射系數(shù)T的菲涅爾公式為：|| ||E ncosncosR 1 2

1 1 2|| E

ncos

ncos1 || 2 1 1 2E 2ncosT 2 1 1|| E1 ||

ncos2

ncos1 2||其中，E1為入射波場(chǎng)強(qiáng)、E1’為反射波場(chǎng)強(qiáng)、E2為折射波場(chǎng)強(qiáng)。欲使平行極化波斜入射時(shí)發(fā)生無(wú)反射，即R=0，由上式應(yīng)有||可以解出無(wú)反射時(shí)的入射角為

ncos =ncosθ θ 122B

arctan21θB21平行極化波斜入射到厚度為d的介質(zhì)板上，θ 如圖3所示當(dāng)= 時(shí)θ 1 B上發(fā)生全折射，折射波入射在其次個(gè)界面上，仍舊滿(mǎn)足上式中的條件發(fā)生全折射，在介質(zhì)板 后面就可以接收到全部入射信號(hào)。3斜入射時(shí)的全折射垂直極化波不行能產(chǎn)生無(wú)反射〔全折射〕垂直極化波入射在兩種介質(zhì)的分界面上，反射系數(shù)RT分別為⊥ ⊥E ncosncosR 1 1 1 2 2 E

ncosn

cos 1 1 1 2 2E 2ncosT 2 1 1 E n1 1

cos1

ncos2 2ε一般而言，≠εε1 2θ θ 射入光疏介質(zhì)，總有ncos ≠ncos ，故R 0θ θ 1 1 2 2 ⊥θ 沿任意方向打算的平面電磁波以= 入射到兩種介質(zhì)的分界面上時(shí)θ 1 B直極化波重量，利用這種方法可以產(chǎn)生垂直極化波。電磁波斜入射到良導(dǎo)體外表的反射對(duì)于良導(dǎo)體，E=02EE,R1,T01 1四、試驗(yàn)內(nèi)容調(diào)試試驗(yàn)裝置平臺(tái)使0°180°刻線(xiàn)，然后鎖定活動(dòng)臂。翻開(kāi)固態(tài)信號(hào)源開(kāi)關(guān)，連接在接收喇叭天線(xiàn)上的微安表將有指示，天線(xiàn)就相互對(duì)正了。電磁波入射到良導(dǎo)體外表的反射特性E〔可使微安表指示60μ90°刻線(xiàn)，這時(shí)轉(zhuǎn)臺(tái)上的0°刻線(xiàn)與導(dǎo)體板的法線(xiàn)方向全都，轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)變?nèi)肷浣铅?，測(cè)量在反射角時(shí)的反射波場(chǎng)強(qiáng)E〔仍用微安表指示的電流表示2中，1 1 1最終可把接收天線(xiàn)轉(zhuǎn)到導(dǎo)體板后180刻線(xiàn)處，觀看有無(wú)折射波。觀看、測(cè)試介質(zhì)板上的反射與折射試驗(yàn)裝置如圖4所示，把導(dǎo)體板換成介質(zhì)板〔有機(jī)玻璃板3中，并驗(yàn)證|R|+|T|=1。4介質(zhì)板上的反射與折射平行極化波斜入射到介質(zhì)板上無(wú)反射試驗(yàn)1 2 1 〔喇叭天線(xiàn)短邊平行于地面。首先測(cè)量入射波電場(chǎng)E1〔可使微安表指示60μA〕，然后把有機(jī)玻璃板放在轉(zhuǎn)臺(tái)上，使有90刻線(xiàn)。轉(zhuǎn)動(dòng)轉(zhuǎn)臺(tái)轉(zhuǎn)變?nèi)肷浣牵笶E，反射波場(chǎng)強(qiáng)E=〔可把接收天線(xiàn)轉(zhuǎn)到反射波方向驗(yàn)證〕，這時(shí)θ=θ41 2 1 〔喇叭天線(xiàn)短邊垂直于地面把放射天線(xiàn)轉(zhuǎn)到任意方向〔例如順時(shí)針旋轉(zhuǎn)45°〕，使入射角θ1=θB，在反射波方向分別測(cè)量水平極化波和垂直極化波，記錄試驗(yàn)結(jié)果。五、數(shù)據(jù)記錄與處理表2 良導(dǎo)體外表的反射入射角θ 20°130° 40° 50°60°70°80°反射角θ’ 20.8°127.8° 38.0° 47.5°58.5°72.5°78.5°反射角與理論值誤差 4.0%7.3% 5.0% 5.0%2.5%3.6%1.9%入射場(chǎng)強(qiáng)E(μA) 72.0172.0 72.0 72.072.072.072.0反射場(chǎng)強(qiáng)E’(μA) 71.0172.0 71.0 81.080.055.056.0衰減系數(shù) 0.0140.000 0.014 -0.125-0.1110.2360.222從測(cè)得反射角和理論值的誤差比較中可以看到，兩者吻合地格外好，最大也僅有7%的5給出了理論和實(shí)際的比照曲線(xiàn)：5理論與實(shí)際反射角的比照曲線(xiàn)圖而比較入射和反射的場(chǎng)強(qiáng)則會(huì)覺(jué)察有明顯的反常狀況：在30°左右，入射和反射的電磁60°左右消滅比入射光更強(qiáng)的電磁波。比照?qǐng)D如圖6所示。有更大地機(jī)率向其他方向散射，因而反射光線(xiàn)會(huì)有較大程度的衰減。而對(duì)于60°左右處探測(cè)場(chǎng)強(qiáng)大于入射場(chǎng)強(qiáng)的反?，F(xiàn)象，我們疑心在這個(gè)角度處，由于反射板的缺陷，入射光線(xiàn)也局部地被探測(cè)器收集到了。6入射與反射場(chǎng)強(qiáng)的比照曲線(xiàn)圖附錄：電磁波綜合試驗(yàn)系統(tǒng)一、電磁波綜合測(cè)試儀1所示。1電磁波綜合測(cè)試儀〔1〕系統(tǒng)簡(jiǎn)介①固定臂。②活動(dòng)臂，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。③轉(zhuǎn)臺(tái)，可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度可由邊緣的刻度讀出，左右各180°。④固態(tài)信號(hào)源。⑤衰減器，用于掌握放射信號(hào)大小。⑥發(fā)①固定臂。②活動(dòng)臂，可以自由轉(zhuǎn)動(dòng)。③轉(zhuǎn)臺(tái)，可以在水平面內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)，轉(zhuǎn)動(dòng)的角度可由邊緣的刻度讀出，左右各180°。④固態(tài)信號(hào)源。⑤衰減器，用于掌握放射信號(hào)大小。⑥發(fā)射天線(xiàn)，是角錐喇叭天線(xiàn)，可繞水平或垂直軸線(xiàn)轉(zhuǎn)動(dòng)。⑦接收天線(xiàn)，也是角錐喇叭天線(xiàn)，也諧振，從而使接收信號(hào)增加。⑨檢波器。⑩指示器，是一個(gè)微安表頭，可以定量指示接收信號(hào)大小。〔2〕儀器的調(diào)整①調(diào)整底座上的三個(gè)螺栓，使轉(zhuǎn)臺(tái)平面水平，調(diào)整時(shí)可以用水平儀〔2〕儀器的調(diào)整①調(diào)整底座上的三個(gè)螺栓，使轉(zhuǎn)臺(tái)平面水平，調(diào)整時(shí)可以用水平儀正：旋轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)臺(tái)，使180°刻線(xiàn)與固定臂上的指針對(duì)正，使活動(dòng)臂上的指針與0°刻線(xiàn)對(duì)正；通過(guò)目測(cè)，使收、發(fā)天線(xiàn)對(duì)正，收、發(fā)天線(xiàn)的上沿都應(yīng)水平；翻開(kāi)信號(hào)源，左右稍微轉(zhuǎn)動(dòng)收、發(fā)天線(xiàn)，使接收信號(hào)最大；最終固定收、發(fā)天線(xiàn)，系統(tǒng)就調(diào)整好了?！?〕附件〔金屬板〔玻璃二、三厘米固態(tài)信號(hào)發(fā)生器三厘米固態(tài)信號(hào)發(fā)生器由振蕩器、隔離機(jī)和主機(jī)組成，主機(jī)面板如附圖2所示。體效應(yīng)