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电磁波反射与折射的研究.
电磁波反射和折射的研究
实验目的
研究电磁波在良导体表面的反射;
研究电磁波在良介质表面的反射和折射;
研究电磁波全反射和全折射的条件。
实验原理:
1.电磁波斜入射到不同介质分界面上的反射和折射
如图1所示, 平行极化的均匀平面波以角度( 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
图1. 平行极化波的斜入射示意图
入射波:
反射波:
折射波:
式中,
利用分界面上(z = 0)电场和磁场切向分量连续的边界条件,可得斯耐尔反射定律:
和斯耐尔折射定律:
并计算出平行极化波的反射系数R//和折射系数T//:
类似地,可求出垂直极化波的反射系数和折射系数:
2.全折射发生的条件:
全折射也即没有反射波,发生全折射的条件可通过令反射系数为零得到。
对平行极化情形,令,可得全折射时的入射角:
该入射角称为布儒斯特角。可以证明,此时的折射角。可见,若电磁波以角度(P 入射到厚度为d的介质板表面,则
这正是电磁波由(2到(1的全折射条件。因此,当电磁波以布儒斯特角从介质板的一侧入射时,在介质板的另一侧可接收到全部信号。如图2所示。
对垂直极化波,类似的推导结果表明,其不会发生全折射现象。
图2 介质板全折射示意图
对垂直入射情形,,反射系数和折射系数变为
显然,当时,也即在同一种媒质中,电磁波是全折射的,并无讨论意义。当(2 具有一定厚度d ,且(2 两侧同为空气时(),如图3所示,利用传输线输入阻抗的概念和公式,得到(1、(2分界面上的输入阻抗
当时,可实现无反射,其条件为
满足该条件的介质板称为半波长无反射介质板。
图3 垂直入射介质板时全折射示意图
(3)电磁波斜入射到良导体表面的反射
良导体的特性近似于理想导体,电磁波投射到良导体表面时,可认为发生全反射,此时,。
注:全反射在介质界面也是可以发生的,只是要求必须是从光密媒质入射到光疏媒质中,实际测量时,装置都处于光疏媒质中,所以不便实际测量。
三、实验仪器
DH926B型微波分光仪,喇叭天线,DH1121B型三厘米固态信号源,DH926AD型数据采集仪,计算机,良导体反射板,1.5 mm玻璃板。
四、实验步骤与操作方法
A. 全反射角的测量
(1) 将DH926B型微博分光仪的两喇叭天线口面互相正对是,取向一致,它们各自的轴线应在同一条直线上,指示两喇叭天线位置的指针分别指于工作台的0-180刻度处。
(2) 开启DH1121B型三厘米固态信号源,用接收天线前衰减器调节接收信号场强,使场强最大值为电流表满量程的80%(80μA)。
(3)将反射金属板垂直放到支架上,应使金属平面投切到支座下面的小圆盘上的90-90刻度上(垂直投切波轴)。
(4)转动反射金属板,形成一个30°的入射角;同时转动DH926B型微波分光仪的活动臂,使得反射角同为30°,采集第一点信号并填入表3-1相应格中,然后顺时针转动DH926B型微波分光仪的活动臂,以每5°的角度增量改变入射角,同时转动DH926B型微波分光仪的活动臂,以每5°的角度增量改变反射角,采集各点信号并记录在表格中,直到角度为80°。
【要点】接收,发射天线一定保持在一条直线上,入射角与反射角从30°~80°以5°增量进行改变。
(5)精细采集。上述采集完成后,通过记录找出场强最大点处角度值,以该角度值为中心点,向前,向后各扩展5°,然后以每1°的角度增量同步改变入射角与反射角,采集各点信号并记录在表格中,形成11点数据记录,将其中最大值处的角度值填入表中,便可得到全反射角。
B.全折射角的测量
(1)将DH926B型微波分光仪的两喇叭天线口面互相正对是,取向一致,它们各自的轴线应在同一条直线上,指示两
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