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1、电磁场与微波测量实验报告 学院：电子工程学院班级： 2011211207 组员：王龙-2013210998 刘炜伦-2013210999黄斌斌-2013211000实验一 电磁波反射和折射实验一、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二、实验设备与仪器S426型分光仪，金属板，玻璃板三、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
2、等于入射角。四、实验内容与步骤（一）金属板全反射实验1.熟悉分光仪的结构和调整方法。2.连接仪器，调整系统。图1 反射实验仪器的布置如图1所示，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
3、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，这角度读书就是入射角，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（二）玻璃板上的反射和折射实验步骤1、2如金属板全反射实验步骤1、2所示3、（1）测总能量：将两喇叭口正对，通过可变衰减器调整微波幅度的大小（通过电流大小来反映），尽量使其接近满偏，读出电流表读数，记录下来（2）测玻璃
4、板反射的能量：反射玻璃板放到支座上时，应使玻璃板平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致。而把带支座的玻璃反射板放到小平台上时，应使圆盘上的这对与玻璃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刻度就与玻璃板的法线方向一致。调整入射角（30度到65度之间），在相应的反射角处测出对应的电流表读数（3）测透射过玻璃板的能量：调整入射角（30度到65度之间），接收喇叭口对应玻璃板的另一面，慢慢转动接收喇叭口活动臂，找到电流表读数最大的角度，即为折射角，读出此时的电流表示数。五、实验数据与处理1、金属板全反射实验 实验数据及处理如下表所示。入射角（度）3035404550556
5、065反射角（度）左侧23.527.934.139.344.850.858.863.4右侧33.238.239.247.248.854.859.370.8平均值（度）28.433.136.743.346.852.859.167.1入射角与反射角绝对差值（度）1.61.93.31.73.22.20.92.1 金属板全反射实验数据表2、玻璃板上的反射和折射实验实验数据及处理如下表所示。入射波强对应的电流值：80A入射角（度）3035404550556065反射电流强度（A）6467687070737477折射电流强度（A）1716121110875反射系数0.6400.7010.7230.7660
6、.7660.8330.8560.927透射系数0.0450.0400.0230.0190.0160.0100.0080.004反射、透射系数之和0.6850.7410.7460.7850.7820.8430.8640.931反射透射系数和与1之差的绝对值0.3150.2590.2540.2150.2180.1570.1360.069 玻璃板上的反射和折射实验数据表3、实验误差分析从金属板全反射实验的数据可以看出，基本上遵循反射定律，入射角与反射角近似相等，但与理论值存在一定的偏差，不完全相等。从玻璃板上的反射和折射实验数据来看，反射系数折射系数之和略小于1，但也基本符合透射系数反射系数之和为1
7、的结论。可能引起实验误差的因素有以下几个：1、由于只能用肉眼进行喇叭口方向和金属板、玻璃板的调整，个喇叭口与活动臂不完全在同一直线上，放置金属板、玻璃板时板面与小平台上90度刻线无法完全一致；2、确定反射角、折射角时由于仪器的灵敏度不高，容易示数变化延迟，或者因为幅度摆动太小无法观察到，使入射角反射角角度出现误差；读取电流值时由于指针时常摆动造成读数不准；3、入射角较大时接收到的反射电磁波可能已部分直接来源于入射源；4、由于实验室中仪器较多，实验中容易受到来自其他实验组的仪器干扰；六、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
8、信号的衰减也越大，通过调节衰减器旁边的螺达到调节微波信号幅度的大小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：相同之处：两者都遵循电磁波的反射定律和折射定律不同之处：电磁波的反射波聚拢度较低，分散较大，互相存在干扰，而激光的聚拢度很高，实验结果更为精确。3.测量反射角过程中，出现几次极大值？为什么。答：两次，因为反射波聚拢度低，传输过程中分散成更小波束，相互之间会产生干涉，因此会出现两次峰值。4.透射系数和反射系数相加是否等于1？为什么，进行误差分析。答：不等于，略小于1。造成误差的可能原因为：(1)由于电流表的灵敏度不高，容易示数变化延迟，或者因为幅度摆动太小无法观察到，使入射
9、角反射角角度出现误差，没有在相应的角度测得最大的（正确的）反射强度和折射强度；电流表读数时有读数误差(2)来自于其他组的干扰，在测总能量时可能接收到了来自其他组的电磁波信号，使结果出现误差实验二 单缝衍射实验一、实验目的掌握电磁波的单缝衍射时衍射角对衍射波强度的影响。微波和光波都是电磁波，都具有波动这一共同性，即能产生反射、折射、干涉和衍射等现象。因此用微波作光波波动实验所说明的波动现象及其规律是一致的。由于微波的波长比光波的波长在量级上差一万倍左右，因此用微波设备作波动实验比光学实验要更直观、方便和安全，所需要设备制造也较容易。本实验就是用微波分光仪，演示电磁波遇到缝隙时，发生的单缝衍射现象
10、。二、实验仪器S426型分光仪，单缝衍射实验板三、实验原理如图2所示，当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就要发生衍射的现象。在缝后面出现的衍射波强度并不是均匀的，中央最强，同时也最宽。在中央的两侧衍射波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时衍射角为 ，其中是波长，a是狭缝宽度。两者取同一长度单位，然后，随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为：。图2 单缝衍射原理四、实验内容与步骤 实验仪器布置如图3，仪器连接时，预先需要调整单缝衍射板的缝宽，当该板放到支座上时，应使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的某一对刻线一致，此刻线应与工作平台上的90刻
11、度的一对线一致。转动小平台使固定臂的指针在小平台的180处，此时小平台的0就是狭缝平面的法线方向。这时调整信号电平使表头指示接近满度。然后从衍射角0开始，在单缝的两侧使衍射角每改变2读取一次表头读数，并记录下来，这时就可画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线，并根据微波波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，并与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较。图3 单缝衍射实验仪器的布置五、实验数据处理和误差分析1、实验中分别使用缝宽a=70mm、50mm、20mm的单缝衍射板进行实验，电磁波的波长均为32mm。实验数据表格如下表。角度（度）a=70mma=50mma=20mm左侧强度（A）右侧
12、强度（A）左侧强度（A）右侧强度（A）左侧强度（A）右侧强度（A）0100100100100100100296979492828648790747368636828270696042877758081604010646488897076125355909068741440409494505416302988884816181717626154420114058226315224225 342613320280382030121 30322332346024363214380710402192642112242448124046212048102500345217 12 单缝衍射实验数据表 2、
13、绘制衍射曲线如下（由于右侧强度数据大部分无法测得，故只绘制左侧强度曲线）：衍射强度与角度关系曲线（a=70mm）衍射强度与角度关系曲线（a=50mm）衍射强度与角度关系曲线（a=20mm）3、一级极大、极小理论值与实验值的比较和误差分析（在第三组实验中，缝宽a=20mm小于波长，此时不存在衍射，不进行比较）a=70mm一级级小（度）一级极大（度）左侧右侧左侧右侧理论值27.227.243.343.3实验值28未测42未测 缝宽70mm时实验数据与理论值比较a=50mm一级级小（度）一级极大（度）左侧右侧左侧右侧理论值39.839.873.773.7实验值34未测未测未测缝宽50mm时实验数据与理论值比较从表格中可以看到，尽管实验数据和理论数据存在一定的差异，但大体上两者是吻合的。误差的来源可能为：(1)仪器的灵敏度不高，容易示数变化延迟，或者因为幅度摆动太小无法观察到，使确定极大值极小值出现误差；(2
