文档介绍：电磁波传播特性-南京大学
电磁波传播特性
蒋岳廷
学号131120163
物理学院
摘要:本实验通过波导中引发的电磁波进行实验,波长为厘米量级。应用迈克尔逊干涉仪原理,首先测量电磁波波长,其次测量电磁波在良导体表面反射情况,得出了一些有意思的结论。提供定性解释和误差分析,并有一些实验讨论。
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一、引言
1. 总述:电磁波传播(propagationt of ic wave)研究电磁波在地球环境和日地环境条件下的传播现象和规律,以及应用问题的一门基础学科。地球环境包括地球面上及表层下的自然环境和人工建造的环境。这门学科有很强的实用性,是随着人类在信息、环境和空间等方面的活动需要而发展起来的,又有基础性。它所涉及的许多问题与地球大气层物理和日地物理密切相关。
2. 历史:电磁波传播科学的开拓1864年,()首先提出了电磁场理论,20多年后,()电磁波实验成功,启发人们积极探索利用电磁波实现无线通信的途径。一些著名的科学家和数学索对地波传播理论进行探索,
()建立了无线电波沿平地面传播的基础理论,()()建立了无线电波绕导电球形地面传播的基础理论。此后,有不少科学家对绕地球面传播的理论作出了重大的发展。一些发明家和工程师发明了电子管,研制了无线电收、发设备,进行了地波传播的研究和试验,发现地波场强随距离增大而迅速衰减,而且顿率越高衰减越快,地波通信只能是较近距离的。
(GuglielmoMarconi)进行了横跨大西洋的无线电传播和通信试验并获得成功。使有的科学家意识到,在地球大气层上空可能有一由游离电子组成的层状结构使无线电波返回地球。20世纪20年代,一些科学家用不同方法观测到了存在于大气层上空的游离电子层,并测得了它的分层情况,命名为电离层,开创了电离层物理和电磁波在电离层中的传播这一学科领域,并为建立远距离短波无线电通信以及广播提供了科学依据。
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;
3、研究电磁波在良导体表面的反射。
二、实验仪器
三厘米固态信号发生器1台,电磁波综合测试仪1套,反射板(金属板)2块,半透射板(有机玻璃板)1块。
三、实验原理
1、电磁波参量的测量
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1所示
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图1-1 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:
E1=Eme?iωt
E2=Eme?i(ωt?φ)
其中?=βz是因波程差而造成的相位差。
其合成场强为:
E=E1+E2=Eme?iωt 1+eiβz =2Emcos
所以,合成波的电场振幅为2Emcos
当βz
2βz2βz?i ωt?βz eβz2=nπ,n=0,1,2……时,合成波振幅最大(为2Em);当=nπ+,n=0,1,2……时,2π
合成波振幅最小(为0)。
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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2Em,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:
z1=
当合成波振幅最小时,可得: