电磁场与电磁波实验指导书.doc

中南大学电磁场与电磁波实验报告

中南大学

电磁波与电磁场实验报告

姓名陆石东学号0909091820专业班级通信0903班指导老师赵亚湘实验日期2012-1-8

目录

实验一、电磁波反射实验

实验二、自由空间中电磁波参量的测量

实验三、均匀无耗媒质参量的测量

实验总结

实验一电磁波反射实验
一、实验目的
1. 掌握微波分光仪的基本使用方法
2. 了解3cm信号源的产生、传输及基本特性
3. 验证电磁波反射定律

二、实验原理
微波与其它波段的无线电波相比具有：波长极短，频率很高，振荡周期极短的特点。微波传输具有似光特性，其传播为直线传播。
电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射。本实验以一块大的金属板作为障碍物来研究当电磁波以某一入射角投射到此金属板上所遵循的反射定律，即：反射电磁波位于入射电磁波和通过入射点的法线所决定的平面上，反射电磁波和入射电磁波分别位于法线两侧；反射角等于入射角。原理图如图所示

三．实验内容与步骤
1.调整微波分光仪的两喇叭口面使其互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭位置的指针分别指于工作平台的0-180刻度处。将支座放在工作平台上，并利用平台上的定位销和刻线对正支座，拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。
2.将反射全属板放到支座上，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的90-90这对刻线一致，这时小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。将金属板与发射、接收喇叭锁定，以保证实验稳定可靠
3. 打开信号源开关，将三厘米固态信号源设置在:“电压”和“等幅”档。
4. 调节可变衰减器，使得活动臂上微安表的读数为满量程的80%。
5. 转动微波分光仪的小平台，使固定臂指针指在刻度为30度处，这个角度数就是入射角度数，然后由左向右转动活动臂，使得表头指示最大，此时活动臂上指针所指的刻度就是左向反射角度数，记下该角度读数。再由右向左转动活动臂，使得表头指示最大，此时活动臂上指针所指的刻度就是右向反射角度数，记下该角度读数。如果此时表头指示太大或太小，应调整微波分光仪中的可变衰减器或晶体检波器，使表头指示接近满量程的80%做此项实验。
7. 然后分别将固定臂指针指在刻度为40度、45度、50度、60度处，重复上述操作，并记下相应的反射角读数。

四、实验数据记录
f=9.37khz
入射角（度）反射角（度）左向右向f=9.00khz
入射角（度）反射角（度）左向右向
六．实验注意事项
如果表头指示太大或太小，应调整微波分光仪微波系统中的可变衰减器，使表头指示接近满量程的80%做此项实验。
实验二自由空间中电磁波参量的测量
一、实验目的
1.了解电磁波的空间传播特性
2.通过对电磁波波长、波幅、波节的测量进一步认识和了解电磁波
二、实验原理
变化的电场和磁场在空间的传播称为电磁波，几列电磁波同时在同一媒质中传播时，几列波可以保持各自的特点（波长、波幅、频率、传播方向等）同时通过媒质，在几列波相遇或叠加的区域内，任一点的振动为各个波单独在该点产生的振动的合成。而当两个频率相同、振动方向相同、相位差恒定的波源所发出的波叠加时，在空间总会有一些点的振动始终加强，而另一些点的振动始终减弱或完全抵消，因而形成干涉现象。
干涉是电磁波的一个重要特性，利用干涉原理可对电磁波传播特性进行很好的探索。利用迈克尔逊干涉原理测量电磁波波长的原理图如图2.1所示
B（可移反射板）

发射喇叭
接收喇叭
A（固定反射板）

图2.1迈克尔逊干涉原理
由发射喇叭发射出的电磁波，在空间传播过程中，可以把它近似看成为均匀平面波。在平面波传播的方向上放置一块成45度角的半透明板，由于该板的作用，将入射波分成两列波，一列经介质板反射后垂直入射到金属板A，被A板反射回来，再经介质板折射后到达接收喇叭；另一列波经介质板折射后垂直入射到可动金属板B，被金属板B反射回来，也到达接收喇叭。接收喇叭收到两束同频率，振动方向一致的两列波。两列到达接收喇叭的电磁波若波程差满足一定的关系，那么这两列波将发生干涉。
设到达接收喇叭的两列平面电磁波的振幅相同，只是由于波程不同而在相位上有所差别，其电场可以表示为：

其中是因波程差而造成的相位差。
其合成场强为：
所以，合成波的电场振幅为，
当时，合成波振幅最大（为）；当时，合成波振幅最小（为0）
实际上到达接收喇叭的两列波的振幅不可能完全相同，故合成波最大振幅不是正好为，合成波振幅最小值也不是为0。
根据以上分析，若固定金属板A，移动金属板B，只改变第二列波的波程，让两列波发生干涉，当合成波振幅最大时，可得：

当合成波振幅最小时，可得：

由最大振幅到最小振幅的最短波程差为：
若移动金属板