电磁场与电磁波实验报告

实验一:电磁波参量的测量

１．实验目的

１．在学习均匀平面电磁波特性的基础上，观察电磁波传播特性

２．熟悉并利用相干波原理，测定自由空间内电磁波波长，并确定相位常数和波速

３．熟悉均匀无耗媒质分界面对电磁波的反射和折射的特性。

２．实验原理

两束等幅，同频率的均匀平面电磁波，在自由空间内以相同（或相 反）方向传播时，由于初始相位不同，它们相互干涉的结果，在传播路径上，形 成驻波场分布，通过测定驻波场节点的分布，求得自由空间内电磁波波长 λ值，再由β= 2π/ λ  ν= λf得到电磁波的主要参数： β、ν等。

根据推导可得出λ＝ 2(ln-l0)n ，其中 n 为半波长的个数，此时节点数为n+1电磁波参量测试原理如图 1 所示

相干波 和 的分布如图 2 所示

３．实验数据表

４．比较信号源工作波长与自由空间波长λ 之间的差别，分析原因

答 ：信号源中传播介质和自由空间不同，故波长存在区别。

5．思考题

用相干波检测电磁波波长时，图1-1中的介质板放置位置若转90度， 将出现什么现象？只是能否测准λ值？为什么？

答：原测量方法时 Er1= -Rn Tn0 TnEie-iφ1

                                Er2= -Rn Tn0 TnEie-iφ2   

      转后          Er1= -Rn Eie-iφ1      

                 Er2= -Rn Tn0 TnEie-iφ2

      这将使得由Tn0 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。因此不能准确测量λ值。

实验二  电磁波的反射和折射的研究

1、 实验目的

1、 研究电磁波在良好导体表面的反射。

2、 研究电磁波在良好介质表面的反射和折射。

3、 研究电磁波全反射和全折射的条件。

2、 实验数据表

全折射：d=64度          入射场：80uA

3、 分析测试值与计算值之间存在误差的原因

   

4、 思考题

在介质表面，斜投射垂直极化波是能否实全折射（即无反射）？为什么？

答：不可以。

由垂直极化波的反射系数 使分母为0，则： 所以只有当ε1＝ε2时才成立，因此不可以。


实验四:均匀无耗煤质参量的测量

1、实验目的

1、应用相干波节 点位移法，研究均匀无损耗媒质参量 的测试方法。

2、了解均匀无损耗媒质中电磁波参量 λ、β、v与自由空间内电磁波参量的差别。

3、熟悉均匀无耗媒质分界面对电磁波的反射和折射的特性。

2、实验原理

利用相干波原理和测驻波节点的方法可以确定自由空间内电磁波参量λ0、β0、 和 C。对于具有εr(μr=1)的均匀无 耗媒质，我们可利用类似相干波原理装置如图1所示 。将所测介质板置于 Pr 2 前，

根据对εr板放置前后引起驻波节点位置变化的办法， 测得相位变化值，

进而测定 媒质 εr值。测定 εr值的原理如图2所 示。

测试所用公式为：

其中 Δ l 为不加介质板时节点的位置减去加介质板之后相应节点位置之差， w 为介质板的厚度。

3、实验步骤及简图

1、测准εr样品的厚度δ。

2、根据图2（a)所示安装反射板、透射板，固定Pr1、移动Pr2、使Pr3表头指示为零，记下 Pr3处的位置。

3、将具有厚度为δ待测 εr的介质板放在Pr2处，必须紧贴Pr2表面，同时注意在放进εr板之后，Pr2仍处于波节点的位置。此时指示不再为零。

4、将Pr2和 εr共同移动，将Pr2由 移到处时使Pr3再次零指示，得到 。

5、 计算 ε r 、λ、β、V、R、T 的值。

4、测试数据表 （附后）

5、 思考题：本实验内容用 μr=1,测试均匀无损耗媒质值。可否测μr≠1的磁介质？试说明原因。

答：本实验的方法不可以。

    因为本实验的所有推导公式均假设μr＝1，因此不可。若μr≠1，则需要确定μr＝μ/μ0，方法更为复杂。

 

第二篇：电磁场与电磁波实验报告参考

内蒙古工业大学信息工程学院

实 验 报 告

课程名称：  电磁场与电磁波                             

实验名称：    反射实验和极化波的产生检测                          

实验类型： 验证性□ 综合性□ 设计性□

实验室名称：                              

班级：  电子10-1               学号： 201010203005        

姓名：  田羽       组别：10         

同组人：              成绩：        

实验日期：                            

电磁场与电磁波实验

实验一：反射实验

实验目的

熟悉DH926AD型数据采集仪、DH926B型微波分光仪的使用方法

掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法

实验设备与仪器

DH926AD型数据采集仪

DH926B型微波分光仪

DH1121B型三厘米固态信号源

金属板

实验原理

电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射，本处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，即反射线在入射线和通过入射点的法线所决定的平面上，反射线和入射线分居在法线两侧，反射角等于入射角。

如图所示， 平行极化的均匀平面波以角度q入射到良介质表面时，入射波、反射波和折射波可用下列式子表示为

                                                    

 平行极化波的斜入射示意图

实验内容与步骤

   系统构建时，如图1，开启DH1121B型三厘米固态信号源。DH926B型微波分光仪的两喇叭口面应互相正对，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。反射全属板放到支座上时，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DH926AD型数据采集仪提供的USB电缆线的两端根据具体尺寸分别连接

图1 反射实验

到数据采集仪的USB口和计算机的USB口，此时，DH926AD型数据采集仪的USB指示灯亮（蓝色），表示已连接好。然后打开DH926AD型数据采集仪的电源开关，电源指示灯亮（红色），将数据采集仪的通道电缆线两端分别连接到DH926B型微波分光仪分度转台底部的光栅通道插座和数据采集仪的相应通道口上（本实验应用软件默认为通道1）。最后，察看DH1121B型三厘米固态信号源的“等幅”和“方波”档的设置，将DH926AD型数据采集仪的“等幅/方波”设置按钮等同于DH1121B型三厘米固态信号源的设置。

转动微波分光仪的小平台，使固定臂指针指在某一刻度处，这刻度数就是入射角度数，然后转动活动臂在DH926AD型数据采集仪的表头上找到一最大指示，此时微波分光仪的活动臂上的指针所指的刻度就是反射角度数。如果此时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或晶体检波器，使表头指示接近满量程做此项实验。入射角最好取30°至65°之间，因为入射角太大或太小接收喇叭有可能直接接收入射波。做这项实验时应注意系统的调整和周围环境的影响。

采集过程中，DH926AD型数据采集仪的USB指示灯连续闪动（蓝色），表示采集过程正在继续。应用软件屏幕上的信号灯颜色也随着实验的继续进行红色、绿色切换。您需要顺时针匀速转动DH926B型微波分光仪的活动臂，随着活动臂的移动，采集点数依次增加，当您停止移动活动臂，绘图框会保持原来的状态直到您再次开始移动活动臂。这个过程中，您便可在绘图框中实时观察到信号变化（如图10）。当采集过程中的已采集的脉冲变化等于您在进入采集过程界面之前设定的采集点数时，屏幕上会出现“此次采集完毕”的采集结束

实验结果及分析

记录实验测得数据，验证电磁波的反射定律

匀速转动DH926BD的转盘

入射角50，匀速转动晶体检波器臂，反射角50，参数60

快速转动转动DH926BD的转盘，入射角40，反射角40，参数41

快速转晶体臂

（1）、从总体上看，入射角与反射角相差较小，可以近似认为相等，验证了电磁波的反射定律。

（2）、由于仪器产生的系统误差无法避免，并且在测量的时候产生的随机误差，所以入射角不会完全等于反射角，由差值一栏可以看出在55度左右的误差最小。越向两边误差越大，说明测量仪器在55度的入射角能产生最好的特性。

（3）、……………………………………………………………………………………………………………………………………

实验心得体会

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基本掌握分光仪验证反射定律的方法，学会使用数据采集仪器和分光仪器。由于系统存在一定误差所以数据不够准确，但是基本可以验证反射定律，入射角等于反射角。今后实验会注意仔细操作。

电磁场与电磁波实验

实验二：极化波的产生/检测

实验目的

熟悉DH926AD型数据采集仪、DH926B型微波分光仪的使用方法

了解极化波的产生与检测方法

实验设备与仪器

DH926AD型数据采集仪

DH926B型微波分光仪

DH1121B型三厘米固态信号源

半透板

实验原理

DH30003型栅网组件是由两个栅条方向相差90°的栅网组成。栅网（见图16）是在一金属框架上绕有一排互相平行的金属丝，以反射平行金属丝的电场，DH30003型栅网组件与本厂的DH926B型微波分光仪组合使用可获得圆极化波。

波的极化是用以描述电场强度空间矢量在某点位置上随时间变化的规律。无论是线极化波、圆极化波或椭圆极化波都可由同频率正交场的两个线极化组成。若他们同相（或反相）、等幅（或幅度不等）其合成场的波认为线极化波；若它们相位相位差为90°，即△φ=±90°，幅度相等，合成场波为右旋或左旋圆极化波；若它们相位差为0〈△φ〈±90°，幅度相等（或幅度不等），合成场波为右旋或左旋椭圆极化波。图17是用栅网组件实现波极化的原理图。

图16DH30003型栅网组件

         

图17 栅网实现波极化的原理图

Pr1为垂直栅网，Pr2为水平栅网，当辐射喇叭Pr0转角45°后，辐射波的场分为E∥与E⊥两个分量，Pr1则反射E⊥分量，而 E∥分量透过垂直栅网被吸收；Pr2则反射E∥分量，而 E⊥分量透过水平栅网被吸收。这是转动接收喇叭Pr3，当Pr3喇叭E面与垂直栅网平行时收到E⊥波。经几次调整辐射喇叭Pr0的转角使Pr3接收到的|E∥|=|E⊥|，实现了圆极化的幅度相等要求。然后接收喇叭Pr3在E⊥与E∥之间转动，将出现任意转角下的|Eα|≤|E∥|（或|E⊥|）。这时改变Pr2水平栅网位置，使Pr3接收的波具有|Eα|=|E∥|=|E⊥|，从而实现了E∥与E⊥两个波的相位差为±90°，得到圆极化波。

由于测试条件所限，|Eα|与|E∥|、|E⊥|不可能完全相等，Pr3转角0°～360°时，总会出现检波电压的波动，这时虽有Emin/Emax∝≥0.93，即椭圆度为0.93。可以认为基本上实现了圆极化波的要求。

实验内容与步骤

如图45，使DH926B型微波分光仪两喇叭口面互成90°，半透射板与两喇叭轴线互成45°，将读数机构通过它本身上带有的两个螺钉旋入底座上相应的旋孔，使其固定在底座上。将DH926AD型数据采集仪提供的USB电缆线的两端根据具体尺寸分别连接到数据采集仪的USB口和计算机的USB口，此时，DH926AD型数据采集仪的USB指示灯亮（蓝色），

                         图18  栅网实验

表示已连接好。然后打开DH926AD型数据采集仪的电源开关，电源指示灯亮（红色），将数据采集仪的通道电缆线两端分别连接到DH926B型微波分光仪接收喇叭的光栅通道插座和数据采集仪的相应通道口上（本实验应用软件默认为通道3）。首先，将垂直（或水平）栅网Pr1插在平台上，另一个与之垂直的栅网——水平（或垂直）栅网Pr2插在读数机构上，用我们提供的钢板尺测量一下半透射板到两个栅网的距离，调整读数机构直至半透射板到两个栅网的距离相等。然后，将辐射喇叭Pr0旋转45°后，先用我们提供的全吸收板挂在水平（或垂直）栅网前，将其遮挡，开启DH1121B型三厘米固态信号源。如果遮挡的是水平栅网，将接收喇叭Pr3口面平行地面放置；如果遮挡的是垂直栅网，将接收喇叭Pr3口面垂直地面放置。适当左右调整未被遮挡的栅网观察DH926AD型数据采集仪表头指示，使表头指示取得原指示附近的最大值，此时，将栅网下支柱的拨棍螺钉旋紧，并记录下DH926AD型数据采集仪表头指示。此后，将全吸收板从水平（或垂直）栅网前取下，将其挂在另一个栅网——垂直（或水平）栅网前，将其遮挡，接收喇叭Pr3口面放置同上。适当左右调整未被遮挡的栅网观察DH926AD型数据采集仪表头指示，使表头指示取得原指示附近的最大值，对比此时的最大值和您之前记录的DH926AD型数据采集仪表头指示值，若不相同，适当改变辐射喇叭Pr0的角度。然后，重复以上字体加粗的步骤。最终的结果是要使得此时的最大值和您之前记录的DH926AD型数据采集仪表头指示值相同，调整好后，旋紧栅网下支柱的拨棍螺钉。接着，取下全吸收板，旋转接收喇叭Pr3口面，使其分别处于与地面水平、垂直状态，观察数据采集仪表头指示，应使两个指示值基本相同，才能满足圆极化波|E∥|=|E⊥|的要求。若两次表头指示不同，适当调整辐射喇叭Pr0的角度，务必使两个指示值基本相同，方能实现圆极化的幅度相等要求。最后，改变Pr2水平（或垂直）栅网位置，使接收喇叭Pr3接收的波具有|Eα|=|E∥|=|E⊥|，此时，旋转接收喇叭Pr3到任意角度，DH926AD型数据采集仪表头指示值基本相同，从而实现了E∥与E⊥两个波的相位差为±90°，得到圆极化波。

在适当调整Pr2水平（或垂直）栅网位置后，点击“开始采集”按钮，选择“开始新的采集”按钮，顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）匀速转动接收喇叭Pr3，在显示屏上通过采集的图形观察接收喇叭Pr3在任意角度时的幅度变化，若差别很大，需要重新调整Pr2水平（或垂直）栅网位置，然后重新开始采集工作，直到采集的图形幅度变化不明显为止，此时，得到圆极化波。

实验结果及分析

记录实验测得数据，观察极化波的产生与检测

脉冲通道选：通道3。

第一次实验结果：波动比较大，存在严重的误差！但实验准备工作都正确。错误原因不明。

其他组的理想实验结果

实验分析

1 由图可以看出，此合成波为圆极化波，在空间各点的幅值相等。但是由于各种不定因数的影响，实验所得数据存在一定误差

2 ……………………………………………………………………………………………………...

3………………………………………………………………………………………………………

实验心得体会

极化波的产生和检测已经通过实验得到，但是由于实验系统不稳定，并没有得到一个正确的结果。但是经过老师的分析，可以通过实验看出。今后的实验会更加注意实验的操作，避免误差影响实验结果。可以看出其他组的实验结果可以反映出数据结果

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