电磁波传播特性

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…… n=N，2Δ������������ =
(2 ������+1) 2
λ，对应第 N+1 个波节点，或第 N 个半波长数。
由此可知，两个相邻波节点（接收零值）间的距离为Δ������������ − Δ������������ +1 = ������/2，n+1 个波节点之间共有 n 个半波长，即Δ������������ − Δ������0 = ������������/2，可得波长的平均值为 λ = 2(Δ������������ − Δ������0 )/n（4） 再把式（4）代入式（1） ，可以得到被测电磁波的 K 和 v 等参量。 实验中可移动板 B 移动时不可能出现无限多个驻波节点，测试中一般取 n=4 已 足够，它相当于 5 个驻波节点，这时被测电磁波波长的平均值为 λ = 2(Δ������4 − Δ������0 )/4（5） 2） 2
实验中，固态信号发生器发射的电磁波为频率为 9.37GHz 的微波，故波长的理论值应为 λ = c/f = 32.017mm 实验测量值与理论值基本一致，相对误差约为 1.96%。 2）电磁波的反射 入射角������1 反射角������′1 入射场强������1 （μA） 反射场强������′1 （μA） 20° 21° 63.0 59.0 30° 33° 63.0 58.7 40° 43° 63.0 59.0 50° 49° 63.0 60.0 60° 60° 63.0 61.0 70° 68° 63.0 61.0 80° 83° 63.0 85.0
2）电磁波的反射
（1）调试实验装置 首先使两个喇叭天线相互对正，它们的轴线应在一条直线上。具体方法如下： 旋转工作平台使 0 度刻线与固定臂上的指针对正，再转活动臂使活动臂上的指针对 正工作平台上的 180 度刻线，然后锁定活动臂。打开固态信号源开关，连接在接收 喇叭天线上的微安表将有指示，分别微调发射喇叭天线和接收喇叭天线的方向，使 微安表的指示最大，这时发射天线与接收天线就相互对正了。 （2）电磁波入射到良导体表面的反射特性 首先不加反射板，使发射天线与接收天线相互对正，调整固态信号源，测出入
射波电场������1 （可使微安表指示 60μA） ，然后把良导体反射板放在转台上，使导体板 平面对准转台上的 90 度刻线，这时转台上的 0 度刻线与导体板的法线方向一致，转 动转台改变入射角������1 ，测量相应的反射角������′1 以及相应的反射波场强������′1 （仍用微安表指 示的电流表示） ，记录实验数据。
3.实验原理
1）自由空间电磁波参量的测量 当两束等幅、同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内沿相同或相反方向传播时，由于
相位不同发生干涉现象，在传播路径上可形成驻波场分布。本实验正是利用相干波原理，通 过测定驻波场节点的分布，求得自由空间中电磁波波长值，再由 ������ = 2������/������ ������ = ������������ = ������/������ (1)
5.实验数据及处理
1）自由空间电磁波参量的测量 实验次数 微安表零指示次数 n+1 可移动板位移(ΔLn−ΔL0)/mm 波长λ = 2(Δ������������ − Δ������0)/n /mm 波长平均值λ = (������1 + ������2 + ������3 )/3 /mm 1 4 49.274 32.849 32.644 2 4 48.657 32.438
6.误差分析及讨论
1）自由空间电磁波参量的测量 对于电磁波波长的测量结果与理论值符合较好，相对误差在 2%以下，除偶然因素外， 主要的误差应该是有干涉过程中两列波没有完全相干造成的。 由于相干的不完全， 导致波强 的最小值对应的 ΔL 不是一个精确的点，此距离可在一定范围内变化，造成了测量的误差。 而相干不完全的主要原因则有以下两点： 第一， 由于本实验中对于光路的调节相对比较粗糙， 精确度不足，可能导致两束相干波不完全平行；第二，本实验中使用的波源所发射的电磁波 并不是平面波，且实验中干涉仪的臂长相对于电磁波的波长而言也无法构成远场条件。 2）电磁波的反射
图 4 相干波������������ 1 和������������ 2 的分布
相干波������������ 1 和������������ 2 的分布如图 4 所示， 图中 n=0 的节点处Δ������0 作为第一个波节点 （参 考点） ，对于 n≠0 的各值则有 n=1，2Δ������1 = 2 λ，对应第二个波节点，或第一个半波长数。 n=2，2Δ������2 = 2 λ，对应第三个波节点，或第二个半波长数。
PR 处的相干波分别为
������������ 1 = −������������0 ������������ ������0 ������ −������ ������ 1 ������������ 2 = −������������0 ������������ ������0 ������ −������ ������ 2 这里 ������1 = ������ ������1 + ������3 = ������������1 ������2 = ������ ������2 + ������3 = ������ ������1 + ������3 + Δ������ = ������������2 其中，ΔL = ������1 − ������2 为������板移动距离，而������������ 1 与������������ 2 传播的路程差为2Δ������。 由于������������ 1 与������������ 2 的相位差为Δϕ = ������2 − ������1 = 2������Δ������，因此，当2Δ������满足 2Δ������ = ������������ ������������ 1 和������������ 2 同相相加，接收指示为最大。 (������ = 0,1,2 … )（2）
属全反射板，两列波就再次返回到半透射板并达到接收喇叭天线 PR 处。于是 PR 收 到两束同频率，振动方向一致的两个波。如果这两个波的相位差为的 π 偶数倍，则 干涉加强；如果相位差为的 π 奇数倍，则干涉减弱。 移动反射板 B，当 PR 的表头指示从一次极小变到又一次极小时，则反射板 B 就 移动了 λ/2 的距离，由这个距离就可以求得平面波的波长。
得到电磁波的主要参数 K 和 v 等。 电磁波参量测试原理如图 3 所示，PT 和 PR 分别表示发射和接收喇叭天线，A 和 B 分别表示固定和可移动的金属反射板，C 表示半透射板（有机玻璃板）。由 PT 发 射平面电磁波，在平面波前进的方向上放置成 45o 角的半透射板，由于该板的作用，
将入射波分成两束波，一束向板 A 方向传播，另一束向板 B 方向传播。由于 A 和 B 为金
对于反射定律验证的实验所得到的数据相对而言有着较大的误差， 特别是当电磁波以大 角度入射时（例如当入射角为 80°时） ，反射场强甚至超过了入射场强。造成这些误差的主 要原因也是由于实验中所使用的固态信号发生器所发射的电磁波并不是平面波， 而反射定律 是只对于平面波才成立的。 本实验中电磁波的传播实际上是一个更为复杂的问题， 当入射波 以大角度入射时， 金属板所起的作用事实上已经不是反射， 而是产生了一种类似于汇聚的效 应，所以才会出现反射场强超过了入射场强的情况。
电磁波入射到两种不同介质分界面上的反射遵循反射定律，即 ������1 = ������′1 （6） 当微波波段的电磁波入射到良导体表面时，无透射，所有电磁波均反射。
4.实验内容Βιβλιοθήκη 1）自由空间电磁波参量的测量 （1）整体机械调整（见附录一） ，使 PT、PR 相向，轴线在同一水平面线上，调
整信号电平，使 PR 表头指示接近满刻度。 （2） 安装反射板 A 和 B 半透射板 C， 如图 1-1 所示， 注意 A、 B 轴向成 90 度角， C 板法向与 A 板法向成 45o 角，并注意反射板 A、B 的法向分别与 PT、PR 的轴向重 合。 （3）固定 A 板，用旋转手柄移动 B 板，使 PR 表头指示接近零，记下零指示的 起始位置。 （4）用旋转手柄使 B 板移动，再从表头上测出 n 个极小值，同时从读数机构上 得到相应于 （3） 的起始零指示位置求得反射板移动的距离(ΔLn−ΔL0)， 连续测三次， 求平均值，取 n=3 或 4 即可。 （5）根据测得的(ΔLn−ΔL0)值，计算 λ、K 和 v 值。
2. 实验仪器
1） 三厘米固态信号发生器 1 台
三厘米固态信号发生器由振荡器、隔离器和主机组成，主机面板如图 2 所示。体 效应管装在工作于 TE101 模的波导谐振腔中，调节振荡器的螺旋测微器，可改变调谐 杆伸入波导腔的深度，从而连续平滑地改变微波谐振频率。调节位于波导腔前面法 兰盘中心处的调配螺钉，可使波导腔与外电路实现最佳耦合。隔离器保证振荡器与 负载间的匹配与隔离，使微波输出和功率更加稳定。
电磁波传播特性
摘要：本文使用电磁波综合测试仪，通过迈克尔逊干涉的方法，测量了实验所采用的电磁波 的波长。此外，本文还使用综合测试仪验证了电磁波的反射定律。 关键词：电磁波综合测试仪；迈克尔逊干涉；反射定律
1. 实验目的
1）了解电磁波综合测试仪的结构，掌握其工作原理； 2）利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长λ ，确定电磁波的相位常数 K 和波速 v； 3）研究电磁波在良导体表面的反射。
图 3 电磁波参量测试原理图 设入射波为垂直极化波
������������ = ������0 ������ −������������ 当入射波以入射角������1 向介质板 C 斜入射时， 在分界面上产生反射波������������ 和折射波������������ 。 设C 板的反射系数为������， ������0 为由空气进入介质板的折射系数， ������������ 为由介质板进入空气的折射系数。 固定板������和可移动板������ 都是金属板，反射系数均为-1。在一次近似的条件下，接收喇叭天线