文档介绍：电磁场与电磁波实验报告
实验一电磁场参量的测量
实验目的
在学****均匀平面电磁波特性的基础上,观察电磁波传播特性互相垂直。
熟悉并利用相干波原理,测定自由空间内电磁波波长,并确定电磁波的相位常数和波速。
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,求得自由空间内电磁波波长的值,再由,
得到电磁波的主要参量:和等。
本实验采取了如下的实验装置
设入射波为,当入射波以入射角向介质板斜投射时,则在分界面上产生反射波和折射波。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,另外,可动板和固定板都是金属板,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,
这里;;
其中。
又因为为定值,则随可动板位移而变化。当移动值,使有零指示输出时,必有与反相。故可采用改变的位置,使输出最大或零指示重复出现。从而测出电磁波的波长和相位常数。下面用数学式来表达测定波长的关系式。
在处的相干波合成为
或写成(1-2)
式中
为了测量准确,一般采用零指示法,即
或,n=0,1,2......
这里n表示相干波合成驻波场的波节点()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时驻波节点为参考节点的位置
又因(1-3)
故
或(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的节点处作为第一个波节点,对其他N值则有:
n=1, ,对应第二个波节点,或第一个半波长数。
n=1, ,对应第三个波节点,或第二个半波长数。
…
n=n, ,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
(1-5)
代入得到电磁波的参量等值。
实验步骤
整体机械调整:调整发射喇叭,接收喇叭,使其处于同种极化状态。
安装反射板,半透射板:注意反射板轴向成90度角,半透射板轴向与轴向成45度角,并注意反射板的法向分别与轴向重合。
将所有调整到位部分用螺钉锁紧,调整发射端的衰减器以控制信号电平,使表头指示为80。
旋转游标使可移动反射板的起始位置在最右侧(或最左侧),用旋转手柄移动
使所有节点位置处,。
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所有节点位置,并记录。
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。
用所测波长计算值。
实验数据
试验次数n
1
2
3
4
微安表零指示(mm)
实验结果整理,误差分析
;
误差=
误差分析:原因可能有:
⑴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,或误差随条件改变按一定规律变化。
⑵随机误差由某些不易控制的因素造成的。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。随机误差服从统计规律,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,但不会消除。
例如:微安表读数存在一定的误差;装置摆放多靠目测,难以保证垂直、对准、水平等条件严格满足,如两个喇叭口不水平;
⑶粗大误差与实际明显不符的误差,主要是由于实验人员粗心大意,如读数错误,记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)选定合适的实验仪器。工欲善其事,必先利其器,需要仔细考虑。
(2)严格按照实验步骤、方法操作。
(3)熟练掌握各种测量器具的使用方法,准确读数。
(4)创新,直接改进测量方法
思考题
用相干波测电磁波波长时,如图若介质板放置位置转90度,将出现什么现象?这时能否测准?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。
心得体会
本实验初步研究学****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。
本次实验进行