电磁波传播

电磁波传播特性实验报告

Part1 电磁波参量的测量

一、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。

二、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λ值，再由

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1-1所示，和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TP发射平面电磁波，在平面波前进的方向上放置成°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A板方向传播，另一束向B板方向传播。由于A和B为金属全反射板，两列波就再次返回到半透射板并达到接收喇叭天线处。于是收到两束同频率，振动方向一致的两个波。如果这两个波的相位差为π的偶数倍，则干涉加强；如果相位差为π的奇数倍，则干涉减弱。

移动反射板B，当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。

设入射波为垂直极化波

当入射波以入射角向介质板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R，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A和可移动板B都是金属板，反射系数均为1−。在一次近似的条件下，接收喇叭天线处的相干波分别为

这里

其中，为B板移动距离，而与传播的路程差为2ΔL。

由于与的相位差为，因此，当2ΔL满足

和同相相加，接收指示为最大。

当2ΔL时满足

和反相抵消，接收指示为零。这里，n表示相干波合成驻波场的波节点数。

沿一个方向改变反射板B的位置，使RP输出重复出现最大指示，或重复出现零指示即可测出电磁波波长λ。为测准λ值，一般采用零指示方法。

相干波1rEv和2rEv的分布如图1-2所示，图中n=0的节点处作为第一个波节点（参考点），对于n≠0的各值则有

，对应第二个波节点，或第一个半波长数。

，对应第三个波节点，或第二个半波长数。

……

，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，（n+1）个波节点之间共有n个半波长，即，可得波长的平均值为

再把式（1.4）代入式（1.1），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

三、实验数据

微安表零指示次数n+1

可移动板位移

波长

波长平均值

四、数据分析

实验中所采用的入射波频率v=9.37GHz

由λ=得，入射波波长为λ=32mm

实验值λ=31.889mm与理论值基本符合

相对误差E=0.34％

三次测量中，极值出现的位置

从上表可见，测量中，由于随机误差，单次测量所得波长λ在32mm左右随机波动。考虑到实验操作中，由于电磁波传播路线并非理论中那么完美，导致波峰与零点位置不明显，实际测得的极值位置会叫实际值存在偏差，从而导致了误差。

Part2电磁波的反射

一、实验目的

研究电磁波在良导体表面的反射。

二、实验原理

1、电磁波斜入射到两种不同介质分界面上的反射

反射定律

2.实验步骤

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°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°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（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°刻线，这时转台上的0o刻线与导体板的法线方向一致，转动转台改变入射角，测量在反射角时的反射波场强，（仍用微安表指示的电流表示），把测试数据填入表2-1中，最后可把接收天线转到导体板后（180°刻线处），观察有无折射波。

三、实验数据

分别用良导体板两面测量实验数据

四、数据分析

将实验值与理论值的比较结果分别作图

A 面

反射角测量值与理论值图像

反射角（°）

入射角（°）

反射场强与入射场强比较图像

场强（微安）

入射角（度）

B 面

反射角测量值与理论值图像

反射角（°）

入射角（°）

反射场强与入射场强比较图像

场强(微安)

入射角（度）

由上图可见，实验中所测得的反射角基本与入射角大小符合，误差在允许范围之内，可以认为电磁波符合反射定律。

误差分析：

实验结果中，反射角略小于入射角，且存在反射场强大于入射场强的情况，下文将就此进行讨论。

在实验过程中,由于信号源功率有限,而且分光仪的底座、转台及支撑臂均为金属结构,这就要求发射、接收喇叭天线既要具有较高的增益也要具有良好的方向性。实验中所用的喇叭天线，接受天线在+10°~-10°的范围内仍能接收到较大的电磁波，故实验在反射角较大的情况下，有直接接收到入射波的可能。

由反射场强与入射场强比较图像所示，在60°左右，接收天线所收到的场强大小大于入射场强的大小。由于实验中反射角测量值比理论值偏小，可推测是金属板安装过程中略有偏差及金属板非完美平面所造成的系统误差。故，实验中所测得的反射场强大于入射场强可能是接收天线同时接受到入射波与反射波的结果。