电磁场与电磁波实验指导书山东建筑大学信息与电气工程学院前言一、实验目的《电磁场与电磁波》是一门理论性较强、概念抽象的重要的专业基础课程，也是一些交叉学科的生长点和新兴边缘学科发展的基础，通过本实验课程使学生们加深对“电磁场与电磁波”课程中基本理论和基本方法的理解，提高实验技能和基本操作技能。

培养学生严谨的科学作风和科学方法、增强学生的创造能力。

二、实验前预习每次实验前，学生须仔细阅读本实验指导书的相关内容，明确实验目的、要求；明确实验步骤、测试数据及需观察的现象；复习与实验内容有关的理论知识；预习仪器设备的使用方法、操作规程及注意事项；做好预习要求中提出的其它事项。

三、实验注意事项1．实验开始前，应先检查本组的仪器设备是否齐全完备，了解设备使用方法及仪器的连接要求。

2．实验时每组同学应分工协作，轮流记录、操作等，使每个同学受到全面训练。

3．操作前应将仪器设备合理布置，然后按要求连接。

4．完成实验系统连接后，必须进行复查，逐项检查各设备、器件的位置、角度等是否正确。

确定无误后，方可通电进行实验。

5．实验中严格遵循操作规程，绝对不允许带电操作。

如发现异常声、味或其它事故情况，应立即切断电源，报告指导教师检查处理。

6．测量数据或观察现象要认真细致，实事求是。

使用仪器仪表要符合操作规程，注意仪表的正确读数。

7．未经许可，不得动用其它组的仪器设备或工具等物。

8．实验结束后，实验记录交指导教师查看并认为无误后，方可拆除实验系统。

最后，应清理实验桌面，清点仪器设备。

9．爱护公物，发生仪器设备等损坏事故时，应及时报告指导教师，按有关实验管理规定处理。

10．自觉遵守学校和实验室管理的其它有关规定。

四、实验总结每次实验后，应对实验进行总结，即实验数据进行整理，绘制波形和图表，分析实验现象，撰写实验报告。

实验报告除写明实验名称、日期、实验者姓名、同组实验者姓名外，还包括：1．实验目的；2．实验仪器设备（名称、型号）；3．实验原理；4．实验主要步骤及相应的连接图；5．实验记录（测试数据、波形、现象）；6．实验数据整理（按每项实验的"实验报告要求"进行计算、分析等）；7．回答每项实验的有关问答题。

目录目录 (1)文档样式使用说明 (1)实验一电磁波的反射 (3)实验二电磁波的极化与极化形式的测量方法 (7)实验三迈克尔逊干涉 (13)实验四双缝衍射实验 (16)文档样式使用说明一、章标题的格式每章另启用一页；选择样式“标题一”，即可自动更改格式为：三号，宋体，加粗，居中，1.5倍行距，段前段后间距：自动二、各章主要内容每个章节的实验介绍至少应包括以下内容：1实验目的2实验原理3实验仪器和设备4预习要求5实验内容和步骤6实验报告要求三、小标题的格式选择样式为“标题二”，即可更改上述各标题的格式为：小三号，宋体，加粗，1.5倍行距，段前段后间距：0.5行四、正文格式选择样式为“正文”，实验内容的正文格式为：小四号，宋体，1.5倍行距，段前段后间距：0行五、目录由于各章标题采用了一级标题（标题1），因此全文完成后，可以自动生成全文的目录。

方法如下：将光标移动到要插入目录的地方（第一页“目录”二字下）；选择“插入”－“索引和目录”－“目录”标题－“显示级别”选择“1”――单击“确定”即可。

实验一 电磁波的反射实验一 电磁波的反射一、实验目的1、观察电磁波在传播过程中遇到障碍物发生的反射现象。

2、进一步加深对电磁波在传播过程中遇到障碍物时的传播特点和规律的认识。

3、研究电磁波在介质表面发生全反射和无反射的条件二、实验原理1、电磁波斜入射到两种不同媒质分界面上的反射和折射均匀平面波斜入射到两种不同媒质的分界面上，发生反射和折射，以平行折射波为例，(1)反射定律：(2)折射定律：2、平行极化波入射到两种媒质分界面上发生无反射（全反射）的条件。

平行极化波在两种媒质分界面上的反射系数和折射系数分别为：平行极化波斜入射时发生无反射，即，应有θεεθεε21212sin cos -=可以解出无反射时的入射角2121arcsinεεεθθ+==PP θ称为布鲁斯特角。

3、垂直极化波不可能产生无反射（全反射）垂直极化波入射在两种媒质的分界面上，反射系数和折射系数分别为：对于一般媒质，21μμ=，可以证明，垂直极化波无论是从光疏媒质射入光密媒质，还是从光密媒质射入光疏媒质，总有，，所以不可能发生全反射。

沿任意方向极化的平面电磁波，以P θθ=1入射到两种媒质的分界面上时反射波中只有垂直极化波分量，利用这种方法可以产生垂直极化波。

4、电磁波斜入射到良导体表面的反射对于良导体，，所以，，电磁波在传播过程中如遇到障碍物，必定要发生反射。

处以一块大的金属板作为障碍物来研究当电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。

三、实验仪器和设备1．DH926B型微波分光仪1台2．金属板1块四、预习要求1．复习反射定律2．复习理想介质边界上平面波的斜投射，复习无反射与全反射。

五、实验内容及步骤实验仪器布置如图1图1 反射实验仪器的布置1.仪器连接时，两喇叭口面应互相正对，它们各自的轴线应在一条直线上。

2.指示两喇叭位置的指针分别指于工作平台的900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（与支座上刻线对齐）拉起平台上四个压紧螺钉旋转一个角度后放下，即可压紧支座。

3.反射全属板放到支座上时，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900刻度的一对刻线一致。

这时小平台上的00刻度就与金属板的法线方向一致。

4.转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度该数就是入射角，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。

5．做此项实验，入射角最好取300至650之间。

因为入射角太大接收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。

φ表1.1六、实验报告要求1．写明本次实验所用仪器仪表的型号、规格及量程。

2．利用表1.1中的测量结果验证反射定律。

实验二电磁波的极化与极化形式的测量方法实验二电磁波的极化与极化形式的测量方法一、实验目的1、研究线极化波，圆极化波和椭圆极化波的产生和各自的特点。

2、学习线极化波，圆极化波和椭圆极化波特性参数的测量方法。

二、实验原理平面电磁波的极化是指电磁波传播时，空间某点电场强度矢量E随时间变化的规律。

若E的末端总在一条直线上周期性变化，称为线极化波；若E末端的轨迹是圆（或椭圆），称为圆（或椭圆）极化波。

若圆运动轨迹与波的传播方向符合右手（或左手）螺旋规则时，则称为右旋（或左旋）圆极化波。

线极化波、圆极化波和椭圆极化波都可由两个同频率的正交线极化波组合而成。

设同频率的两个正交线极化波为：(1)(2)1、线极化波的合成当,的位相相同时，即，合成电场为：合成电场的大小：(3)合成电场的方向：(4)由（3），（4）式可以看出，合成电场的大小随时间作周期性变化，但方向不变，始终在一条直线上，合成为线极化波。

2、圆极化波的合成（1）式和（2）式中,当, 位相相差时两式平方相加可得(5)合成电场的方向：(6)可以看出，合成电场的大小不变，但方向随时间变化。

合成电场矢量的末端在一圆上以角速度旋转，这就是圆极化波，设电磁波沿轴传播，当较滞后时，合成电场矢量沿逆时针方向旋转，是右旋圆极化波；当较超前时，合成电场矢量沿顺时针方向旋转，是左旋圆极化波。

3、椭圆极化波的合成（1）和（2）式中，当，位相相差时两式平方相加可得(7)可以看出，合成电场矢量的末端的轨迹是一个椭圆这就是椭圆极化波。

若和位相相差不是，而是任一角度，可以证明合成电场仍然是椭圆极化波，但椭圆的长轴和短轴不与坐标轴重合。

三、实验仪器和设备1. DH926B型微波分光仪1台2. DH30003型栅网组件1组四、预习要求1．复习平面波的极化特性2．复习线极化波，圆极化波和椭圆极化波的产生和各自的特点。

五、实验内容及步骤图2.1用栅网组件产生各种极化的原理图图2.1 栅网实现波极化的原理图实验设备的布放图见图2.2。

图2.2波的极化是用以描述电场强度空间矢量在某点位置上随时间变化的规律。

无论是线极化波、圆极化波或椭圆极化波都可由同频率正交场的两个线极化组成。

若他们同相（或反相）、等幅（或幅度不等）其合成场的波认为线极化波；若它们相位相位差为90°，即△φ=±90°，幅度相等，合成场波为右旋或左旋圆极化波；若它们相位差为0〈△φ〈±90°，幅度相等（或幅度不等），合成场波为右旋或左旋椭圆极化波。

Pr1为垂直栅网，Pr2为水平栅网，当辐射喇叭Pr0转角45°后，辐射波的场分为E ∥与E ⊥两个分量，Pr1则反射E ⊥分量，而 E ∥分量透过垂直栅网被吸收；Pr2则反射E ∥分量，而 E ⊥分量透过水平栅网被吸收。

这是转动接收喇叭Pr3，当Pr3喇叭E 面与垂直栅网平行时收到E ⊥波。

经几次调整辐射喇叭Pr0的转角使Pr3接收到的|E ∥|=|E ⊥|，实现了圆极化的幅度相等要求。

然后接收喇叭Pr3在E ⊥与E ∥之间转动，将出现任意转角下的|E α|≤|E ∥|（或|E ⊥|）。

这时改变Pr2水平栅网位置，使Pr3接收的波具有|E α|=|E ∥|=|E ⊥|，从而实现了E ∥与E ⊥两个波的相位差为±90°，得到圆极化波。

由于测试条件所限，|E α|与|E ∥|、|E ⊥|不可能完全相等，Pr3转角0～360°时，总会出现检波电压的波动，这时虽有Emin/Emax ∝max min/V V ≥0.93，即椭圆度为0.93。

可以认为基本上实现了圆极化波的要求。

1、圆极化波的调试与测试两个同频率的正交场，幅度相等，位相相差 时可产生圆极化波。

为此先把发射喇叭天线转大约角（α），再把接收喇叭天线的E 面垂直放置，可接收-⊥2E ，然后把的E 面水平放置，可接收，若，可是适当调整 角，使 。

最后调整的位置，使转动任何角度的输出指示值都相等，这就是圆极化波，当转动角度为0、10、20、......170度时记录测量数据填入表一中。

由于实验误差，和总有差别，用圆极化波的椭圆度来表示，是输出指示的最小值，是输出指示的最大值。

表2.1：=α:0Pr 4/:2Pr 0λ±=l l:圆极化波的椭圆度2、线极化波的调试与测试在前面产生圆极化波实验的基础上，前后调整的位置，使即可产生线极化波。