电磁场与电磁波实验报告-.docx

《电磁场与电磁波实验报告-.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电磁场与电磁波实验报告-.docx（13页珍藏版）》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。

1、电磁场与电磁波试验报告-2 = ( mm)20.07718.03918,694几的平均值(mm)18.937Pr (rad/m)313.020348.376336.180月的平均值(rad/m)332.525v = (m/s)1.884X1081.693x10s1.754x10sV的平均值(m/s)1.777x10s-0.228-0.279-0.262R的平均值-0.256，= % +后)0.7720.7210.738T的平均值0.744(2)误差分析：试验存在肯定的误差，缘由分析：1.试验中试验台一起摆放可能达不到严格的标准要求;2.游标卡尺读数存在误差；3.仪静精度没有达到要求；介质的相对

2、介电常数的测量误差：1 .介质板的厚度不均，导致测出了 d有误差。造成试验的误差。2 .电表的灵敏度造成试验误差。3 .两个喇叭口不水平4 .读数时存在读数误差六、思索题本试验内容用ur=l,测试匀称无损耗媒质值。可否测urWl的磁介质？试说明 缘由。答：本试验的方法不行以。由于本试验的全部推导公式均假设ur=l,才能满意 非磁性介质材料，因此不行。若打工1,会影响电磁场的原有分布，则需要确 定ur=u/uO,方法更为简单，无法测得正确的结果。七、心得体会本次试验我学习争论了测量匀称无损耗媒质参量的基本方法，更进一步巩固了 理论课学习的学问。并且学到了采用间接法测量匀称无损耗媒质参量的方 法，

3、深入了对此的熟识和理解，熟识了匀称无损耗媒质分界面对电磁波的反 射和折射的特性。由于这次试验是建立在前一次的基础上，而第一次试验误差比较小，为这次试 验打下了很好的基础，熟识了游标卡尺的使用，总体来说依旧比较简洁，唯 一需要留意的地方就是测量厚度的时候，把介质板夹在装置上的时候，要留 意四周夹紧，不要消失缝隙，否则会消失较大的误差。试验三 电磁波反射、折射的争论一、试验目的（1）争论电磁波在良好导体表面的反射。（2）争论电磁波在良好介质表面的反射和折射。（3）争论电磁波发生全反射和全折射的条件。二、试验原理1、电磁波斜入射到两种不同媒质分界面上的反射和折射匀称平面波斜入射到两种不同媒质的分界面

4、上发生反射和折射，以平行 极化波为例：（1）反射定律：与 =4（3-1）（2）折射定律：sin % = JqA23n 伴（3-2）2、平行极化波入射到两种媒质分界面上发生全折射（无反射）的条件平行极化波在两种媒质分界面上的反射系数Rp和折射系数/分别为：.el”一徐尸八P僧）3川豺一平行极化波斜入射时发生全反射，即Rp=O,由上式应有丁cos 0 = / sin20 (3-5)17 %可 以 解 出 全 折 射 时 的 入 射 角e1 = eF = sin-1(3-6)%称为布儒斯特角，它表示在叼、叼分界面上实现全折射时的入射角。平行极化波斜入射到厚度为d的介质板上，如下图所示：当外 = 09

5、时，入射波在第一个界面上发生全折射，折射波入射在其次个 界面上，仍旧满意条件发生全折射，在介质板后面就可以接收到全部的 入射信号。1、垂直极化波不行能产生全折射（无反射）垂直极化波入射到两种媒质的分界面上，反射系数R、和T分别为:i隋）3Rm =哈（3-7）Z、焙A”(3-8)对于一般媒质“或右，内2人，可以证明，垂直极化波无论是从光疏媒 质射入光密媒质，还是从光密媒质射入光疏媒质，总有：cos9，JG) 如即Rj|，0所以不行能发生全折射。沿任意方向极化的平面电磁波，以g = 外入射到两种媒质的分界面上时反射波中只有垂直极化波重量，采用这种方法可以产生垂直极化波。4、电磁波入射到良导体表面的

6、反射对于良导体，=0,所以E；=Ef,|R| =L|T| = 0所以：在良导体表面上斜投射的电磁波，其反射场等于入射场，反 射角等于入射角。三、试验步骤（1）调试试验装置：首先使两个喇叭天线相互对正，他们的轴线应在一条 直线上。详细方法如下：旋转工作平台使0。刻线与固定臂上的指针对 正，再转动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。打开固态信号源上的开关，连接在接收喇叭天线上的 微安表将有指示，分别调整放射喇叭天线和接收喇叭天线的方向，使 微安表的指示最大，这时放射天线与接收天线相互对正。（2）测试电磁波入射到良导体表面的反射特性首先不加反射板，使放射天线与接收天

7、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80必）。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0刻线 与导体板的法线方向全都。转变入射角8，测在反射角8；=与时的反 射波场强E”（仍用微安表指示的电流表示），最终可把接收天线转到 导体板后（180。刻线处），观看有无折射波。（3）平行极化波斜入射到介质板上的全折射试验把放射天线和接收天线都转到平行极化波工作状态。首先，测量入 射波电场% （可使微安表指示80辿）。然后把玻璃板放在转台上，使 玻璃板平面对准转台上的90度刻线。转动转台转变入射角，使Eg = E01, 同时得到斜投射时，反射波场

8、强为零的入射角，这时瓦=Op,把测量数 据填入表中。把放射天线和接收天线都转到垂直极化波工作状态，重复上述试验, 观看有无全折射现象。把放射天线喇叭转到任意方向，使入射角力=Bp,在反射波方向分 别测量水平极化波和垂直极化波，纪录试验结果，把测量的数据填入表 中。四、试验数据（1） 电磁波入射到良导体表面的反射特性数据入射场E”80M入射角a*3004050。60反射角%3004050。60反射场Eg80799094(2)A、平行极化波的全折射现象全折射现象%入射场E。,反射场Eg折射场En测量值计算值8009465。634。B、放射天线喇叭在任意方向（如45。左右）位置入射场小 （水平）入射

9、场Eg （垂直）反射场E；（水平）反射场（垂直）顺时针旋转45。3140028五、数据处理、误差分析由数据（1）可以看出：良导体表面上投射的电磁波满意反射定律再=%。在肯定范围内，反射场基本上等于入射场。由（2）中A、放射天线和接收天线都在平行极化波工作状态可以看出：平行极化波以% = 加入射到两种媒质分界面上，会发生全折射，无反射场。B、放射天线喇叭在任意方向（如45。左右）可以看出：沿任意方向极化的平面电磁波入射到两种媒质的分界 面上时，反射波只有垂直极化波重量，无水平极化波重量，采用这种方层可以产生垂直极化波。.误差分析：1 .放射喇叭和接收喇叭无法严格掌握一条轴线上，存在肯定的角 度偏

10、移。2 .读数的误差：如微安表和分度盘读数。3 .四周环境因素会影响到本次试验结果的精度，如微小的震惊以 及光线的干扰都会引起试验的误差，影响精度。六、思索题在介质板表面，斜投射垂直极化波时能否发生全折射（即无反射），为什么？ 答：不能发生全折射。由垂直极化波的反射系数cos6 = J幺-sin2 6使分母为0,则:所以只有当1=2时才成立，所以不行以。综上：垂直极化波不能发生全折射。七、心得体会本次试验我争论了电磁波在良好导体表面的反射，把握了电磁波发生全 反射和全折射的条件，进一步的巩固了理论学问的记忆和理解。本次试验进 一步的巩固了试验仪器的操作方法。总体来说，作为第一次有机会做电磁场与

11、电磁波的试验的我们来说我们 很幸运，意味着我们可以更好结合实际学习理论学问，学的更轻松，更快， 接受的也更快。虽然只有一个下午，大家都很珍惜这次机会。我也不例外。 去试验室看到试验仪器，和想象的有点不一样。构造比较简洁。试验也比较 简洁。在老师讲解过后就开头了这次的试验。试验原理清楚，试验步骤明确, 试验中没有消失大问题。很快就得到了试验数据。之后就是数据分析了，过 程很简洁，结果也很明显。电磁场与电磁波是通信专业的重点课程之一，本 次试验设计的仪器精度系数比较高，而且仪器之间电磁波干扰不行避开，所 以造成此次试验误差偏大，但通过这次试验我们通过试验的方法验证了一 系列公式定理，将书本上偏理论

12、的东西。作者:日期:电磁场与电磁波试验报告试验一电磁场参量的测量一、试验目的1、在学习匀称平面电磁波特性的基础上，观看电磁波传播特性相互垂直。2、熟识并采用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长4,并确定电磁波 的相位常数夕和波速二、试验原理两束等幅、同频率的匀称平面电磁波，在自由空间内从相同(或相反) 方向传播时，由于初始相位不同发生干涉现象，在传播路径上可形成驻波场 分布。本试验正是采用相干波原理，通过测定驻波场节点的分布，求得自由 空间内电磁波波长久的值，再由夕= 2%, 丫 =4=% 得到电磁波的主要参量：夕和v等。本试验实行了如下的试验装置设入射波为耳=4步-，当入射波以入射角4向介质

13、板斜投射时，则在 分界面上产生反射波Er和折射波耳。设介质板的反射系数为R,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为北，此外，可动板 匕和固定板匕都是金属板，其电场反射系数都为-1。在一次近似的条件下, 接收喇叭处的相干波分别为Erl= -RT.TcE()ie- , Er2= -RTJcEyie- 这里 ”=BML+LQ=BLz，九=限7 +、4 = BQL+2L + l1 = 其中二七一4。又由于。为定值，%则随可动板位移而变化。当以移动羽值，使以有零 指示输出时，必有E”与E,.2反相。故可采纳转变匕的位置，使以输出最大或零指示重复消失。从而测出电磁波的波长4和相位常数

14、夕。下面用数学式 来表达测定波长的关系式。在Pr3处的相干波合成为Er =% +与2 = -()TcEOi(e- +e-M)或写成 E, = -2RT()TeE()i(1-2)式中二4, = 2/7AL为了测量精确，一般采纳匕3零指示法，即cosA% = 0或 =(2 + 1)乃，n=0, 1, 2这里n表示相干波合成驻波场的波节点(工=0)数。同时，除n=0以外的n值，又表示相干波合成驻波的半波长数。故把n=0时与=0驻波节点为参考节点的位置“又因又因AL(1-3)或4 AL = (2+ 1)4(1-4)由(1-4)式可知，只要确定驻波节点位置及波节数，就可以确定波长的值。当n=0的节点处。

15、作为第一个波节点，对其他N值则有：n=l, 4AL = 4(L,-L()=2A，对应其次个波节点，或第一个半波长数。n=l, 44 = 4(4-4)=22，对应第三个波节点，或其次个半波长数。n=n, 4AL = 4(L - % )= 24,对应第n+1个波节点,或第n个半波长数。把以上各式相加，取波长的平均值得4 = 2亿工)(1-5)n代入得到电磁波的参量等值。三、试验步骤整体机械调整：调整放射喇叭匕），接收喇叭匕3,使其处于同种极化 状态。（1） 安装反射板，半透射板：留意反射板匕与/轴向成90度角，半透 射板轴向与匕轴向成45度角，并留意反射板匕与匕的法向分别与 匕，Bo轴向重合。（2

16、） 将全部调整到位部分用螺钉锁紧，调整放射端的衰减器以掌握信号 电平，使匕表头指示为80。（3） 旋转游标使可移动反射板外的起始位置在最右侧（或最左侧），用 旋转手柄移动Pr2使全部节点位置处，匕表头指示都为0.此时说明整个系 统调整到位。（4） 测量：用旋转手柄使反射板移动，从表头上测出n+1个零点，同时 从读数机构上得到全部节点位置4到L”，并纪录。（5） 连续测量3次，用公式（1-5）计算波长，并将3次波长求平均值， 取3或4即可。（6） 用所测波长计算/W值。四、试验数据试验次数n1234微安表零指示11.34226.45843.039(mm)58.692五、试验结果整理，误差分析2

17、= 31.966/77/n ；p 出 八八公/“味差=x 100% 0.0657%31.987误差分析：缘由可能有：系统误差。由某些固定不变的因素引起的。在相同条件下进行多次测量, 其误差数值的大小和正负保持恒定，或误差随条件转变按肯定规律变化。随机误差由某些不易掌握的因素造成的。在相同条件下作多次测量，其 误差数值和符号是不确定的，即时大时小，时正时负，无固定大小和偏向。随机 误差听从统计规律，其误差与测量次数有关。随着测量次数的增加，平均值的随 机误差可以减小，但不会消退。例如：微安表读数存在肯定的误差；装置摆放多靠目测，难以保证垂直、对准、 水公平条件严格满意，如两个喇叭口不水平；粗大误

18、差与实际明显不符的误差，主要是由于试验人员马虎大意，如读数错 误，纪录错误或操作失败所致。这类误差往往与正常值相差很大，应在整理数据 时依据常用的准则加以剔除。减小误差：(1)选定合适的试验仪器。工欲善其事，必先利其器，需要认真考虑。(2)严格依据试验步骤、方法操作。(3)娴熟把握各种测量器具的使用方法，精确读数。(4)创新，直接改进测量方法六、思索题用相干波测电磁波波长时，如图若介质板放置位置转90度，将消失什 么现象？这时能否测准义？为什么？答：原测量方法时Erl二RnTnOTnEie-id)lEr2=-RnTnOTnEie-i4)2转后Erl= -Rn Eie-it)lEr2= -RnT

19、nOTnEie-i4)2这将使得由TnO Tn所产生的幅度相位变化也计入两相的和中，因此很可能无法产生明显的驻波分布。因此不能精确测量入值。七、心得体会本试验初步争论学习了电磁波基本参量的测量方法，从直观上得到了电磁波作 为一种非机械波但仍具备波的基本特性的结论。本次试验进行得较为顺当，期间得到的结果也比较抱负。我和我的搭档在进行 第一次试验就得到了抱负的结果，误差在特别微小，这主要是我们开头调整 装置时就特别到位，就像老师在课上所说的“欲速则不达”的道理。这次试验是第一次做电磁场与电磁波试验，在熟识了电磁波参量的测量手段和仪器的使用方法的基础上，从许多方面学习和深入了对理论学问的理解。试验二

20、 匀称无耗媒质参量的测量一、试验目的（1） 应用相干波节点位移法，来争论匀称无损耗媒质参量J的测试。（2） 了解匀称无损耗媒质中电磁波参量九4W与自由空间内电磁波参量 4，一,。的差别。（3） 熟识匀称无损耗媒质分界面对电磁波的反射和折射的特性。二、试验原理媒质参量一般应包括介电常数和磁导率4两个量。它们由媒质方程 ） = 6和3 = 4来表征。要确定, ，总是要和E, H联系在一起，对于 损耗媒质来说，矫口4为复数，而且与频率有关。本试验仅对匀称无损耗电介 质的介电常数进行争论（4=1），最终以测定相对介电常数邑=%）来了 解媒质的特性和参量。用相干波原理和测驻波节点的方法可以确定自由空间内

21、电磁波参量 4，0,c。对于具有,（4=1）的匀称无耗媒质，无法直接测得媒质中的 儿尸W值，不能得到媒质参量值。但是我们采用类似相干波原理装置如图所 示在匕前，依据对J板放置前后引起驻波节点位置变化的方法，测得相对 变化值，进而测得媒质J的值。首先固定匕，移动以使以消失零指示，此 时Pr2的位置在A处，由于J板的引入使得匕指示不再为零。我们把喇叭辐射的电磁波近似地看作平面波。设接收喇叭处的平面波表 达式为与2 = Ee-法由于以处存在厚为6的j媒质板（非磁性材料的媒质4=1 ）使之处的0,之间具有相很差(因冬板为无损耗，可认为扁与已2幅度近似相等)。这里相当于板不存在时，相应距离所引起的相位滞

22、后，因此得到时媒质板内 总的相位滞后值为6 =AQ) = /72乩/ -1)(2-1)为了再次使实现相干波零指示接收，必需把连同板向前推动，造成一个相位 增量，其值是(2-2)(2-2)A = -2A/ = /70-2A74)从而补偿了板的相位滞后，使整理上述式子得(2-3)(2-4)(2-5)依据测得的值，还可以确定该媒质与空气分界面上的反射系数和折射系数R, To当平面波垂直投射到空气与媒质分界面时，采用边界条件得r”仁区=匕区(2-7)% 1 +后(2-8)7。二 2% 二 2“+()1 +后当平面电磁波由媒质向自由空间垂直投射时，相应的反射系数和折射系数为(2-9)(2-10)由表达式

23、可看出，当测出的值时，也可确定相应材料的的值。三、试验步骤(1) 整体机械调整，并测出,板的平均厚度3依据图安装反射板、透射板，固定匕移动匕2、使匕表头指示为零， 登记匕处L的位置。(2) 将具有厚度为b待测邑介质板放在匕?，必需紧贴冬，同时留意在放 进板J之后，匕仍处于波节点L的位置。此时指示以不再为零。(3) 将匕和工共同移动，使之由L移到匚处时匕再次零指示，得到 AL = L - i| o(4) 计算工、2、夕,v、R、T的值。四、试验数据板的厚度(cm)0.5780.5780.588平均值b (cm)0.586L0LIL2L (无)(cm)26.45843.03958.6921; (有明) (cm)22.98838.51554.532AL = |LL (CM)3.4704.5244.160AL平均值(cm)4.051%=(i+%F2.5353.1402.924J平均值(rad/m)2.866五、数据处理、误差分析(1)由上次试验4 =31.966，月=2% = 0.1966