北邮电磁场实验 - 电磁波反射和折射实验

北京邮电大学

电磁场与微波测量实验

学院：电子工程学院 班级：2013210901 组员： 组号：第九组

实验一 电磁波反射与折射实验

1、实验目的

1.熟悉S426型分光仪的使用方法;

2.掌握分光仪验证电磁波反射定律的方法; 3.掌握分光仪验证电磁波折射定律的方法; 2、实验设备与仪器 S426型分光仪。 3、实验内容与步骤

1.熟悉分光仪的结构和调整方法。

2.连接仪器，调整系统。仪器连接时，两喇叭口面应相互正对，它们各自的轴线应在一条直线上，指示两喇叭的位置的指针分别指于工作平台的90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，拉起平台上的四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。

3.测量入射角和反射角。反射金属板放到支座上时，应使金属板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。而把带支座的金属反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与金属板平面一致的刻线与小平台上相应90度的一对刻线一致。这是小平台上的0刻度就与金属板的法线方向一致。转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读数就是入射角，然后转动活动臂在表头上找到一最大指示，此时活动臂上的指针所指的刻度就是反射角。如果此时表头指示太大或太小，应调整衰减器、固态振荡器或晶体检波器，使表头指示接近满量程。做此项实验，入射角最好取30至65度之间。因为入射角太大接受喇叭有可能直接接受入射波。做这项实验时应注意系统的调整和周围环境的影响。

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。

3.实验数据与分析

记录实验测得数据，验证电磁波的反射定律

因为我们组在靠墙位置，活动臂向右侧能测到的最大反射角是16度，所以本实验中只测了左侧数据。

3.1金属板全反射实验

3.1.1实验测量数据

入射角 反射角（左侧） |入射角-反射角| 30° 28.2° 1.8° 35° 33.9° 1.1° 40° 38.2° 1.8° 45° 43.9° 1.1° 50° 48.1° 1.9° 55° 53.0° 2.0° 60° 59.2° 0.8° 65° 63.8° 1.2° 3.1.2理论分析

根据电磁波的反射原理，反射线在入射线和通过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。微波的频率很高在导体表面发生全反射，可用一块大金属板作为反射板。

3.1.3实验分析

从总体上看，入射角与反射角相差较小，不超过2度，可以近似认为相等，验证了电磁波的反射定律。

3.1.4误差分析

实验结果存在误差，误差原因可能如下： 1.由于仪器产生的系统误差无法避免。发射天线和接收天线不能调到绝对的水平和垂直，反射金属板不是绝对的平面，也影响入射角和反射角的大小。

2.由于环境因素造成的误差，比如靠墙，周围障碍物多，其他仪器发射电磁波，测量过程中人员走动等等，都会影响实验结果。

3.读数误差。刻度盘的读数会产生随机误差。

以入射角不会完全等于反射角，由差值一栏可以看出在60度左右的误差最小。越向两边误差越大，说明测量仪器在60度的入射角能产生最好的特性。

3.2观察介质板（玻璃板）上的反射和折射实验

将金属换做玻璃板，观察、测试电磁波在该介质板上的反射和折射现象，自行设计实验步骤和表格，计算反射系数和透射系数，验证透射系数2和反射系数2相加是否等于1 。

3.2.1实验测量数据

入射角 入射波强度（uA） 反射波强度（uA） 透射波强度（uA） 反射系数2 透射系数2 反射系数2+透射系数2 30° 88.0 52.0 30.0 0.591 0.341 0.932 35° 88.0 58.0 26.2 0.659 0.298 0.957 40° 88.0 62.0 22.6 0.705 0.257 0.962 45° 88.0 60.0 22.0 0.682 0.250 0.932 50° 88.0 64.0 20.2 0.727 0.230 0.957 55° 88.0 68.0 18.4 0.773 0.209 0.982 60° 88.0 68.8 18.0 0.782 0.205 0.987 65° 88.0 72.0 20.0 0.818 0.227 1.045 3.2.2理论分析

入射波强度=反射波强度+透射波强度，透射系数=透射波的电场强度/入射波的电场强度，

反射系数=反射波的电场强度/入射波的电场强度，所以反射系数2+透射系数2=1

3.2.3实验分析

从总体上看，反射系数2与透射系数2相加近似为1，在误差范围内可认为反射系数2+透射系数2=1。

3.2.4误差分析

实验结果存在误差，误差原因可能如下： 1.由于仪器产生的系统误差无法避免。发射天线和接收天线不能调到绝对的水平和垂直，反射金属板不是绝对的平面，也影响入射角和反射角的大小。

2.由于环境因素造成的误差，比如靠墙，周围障碍物多，其他仪器发射电磁波，测量过程中人员走动等等，都会影响实验结果。

3.读数误差。刻度盘的读数会产生随机误差。

其中从表格数据中可以直观地看到，除最后一组入射角度为65度的数据外，其余的入射系数与反射系数相加都略小于1，而最后一组的入射系数与反射系数相加略大于1，理论

上，在入射角小于90度范围内，入射波强度不变，随着入射角的增大，反射波的强度增大，反射系数增大，透射波强度减小，透射波系数减小，但是最后一组数据的透射系数却突然增大了很多，经过观察和分析，主要误差原因应该是玻璃板不够大，入射角为65度（比较大的角度），有一部分电磁波直接从发射喇叭进入了接收喇叭，导致误差。

4.思考题

1.在衰减器旁边的螺钉有什么作用？

答：可变衰减器用来改变微波信号幅度的大小，衰减器的度盘指示越大，对微波信号的衰减也越大，通过调节衰减器旁边的螺钉调节微波信号幅度大小，逆时针旋转螺钉微波信号幅度变大，顺时针旋转螺钉微波信号幅度变小。

2.电磁波的反射和激光的反射有何相同之处以及不同之处？

答：激光本质上也是电磁波，激光的反射跟普通光的反射类似，表现为直线传播，其光学特性使其不易受干扰所以相对误差会更小。而电磁波频率范围较宽，波长范围也较宽，主要以反射面的形式反射。从两者的特点来讲：激光的发光则是以受激辐射为主，各个发光中心发出的光波都具有相同的频率、方向、偏振态和严格的位相关系，即它们的频率（或波长）一致、相位一致、偏振方向一致、传播方向一致，具有强度高，单色性好、相干性好和方向性好等特点。普通光以自发辐射为主，各个发光中心发出的光波无论方向、位相或者偏振态都各不相同。所以两者的反射和折射都遵循光的反射定律和折射定律。

3.测量反射角的过程中，出现几次极大值，为什么？

答：测量反射角的过程中，出现2次极大值，一次是因为发生全反射，一次是因为产生布儒斯特角，两次能量达到极大。

4.透射系数2和反射系数2相加是否等于1？为什么，进行误差分析。

答：透射系数2与反射系数2之和略小于1，在误差范围内可认为等于1。误差来源于仪器的系统误差、周围环境的影响、数据的读数误差、以及由于发射天线发射的电磁波没有全部到达接收天线因而在计算透射系数和反射系数时产生误差。具体误差分析已在实验分析中说明。

5.实验心得与体会

做了本次实验,验证了的电磁波是符合反射定律的.同时熟悉了DH926B型微波分光仪的使用方法. 实验中注意方式方法的同时,更要注意细节,因为往往一场战争就输在你的不小心扔了一枚钉子,一定要养成一个良好的习惯,使我们在今后的学习中减少不必要的错误. 通过做这样的实验，激发了我的学习兴趣，尤其是研究一些未知的东西。所以在今后的学习中，要善于钻研，不怕困难，敢于尝试一些新鲜又富有挑战的任务，不断学习，不断总结，培养自己的创新能力和综合水平，积累经验，丰富学习生活。该实验课也是我们第一次以小组形式做实验，我们三个人都很团结，互相帮助和理解，分工明确，有问题互相讨论，共同进步。

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