电磁场与电磁波实验报告
实验一 电磁场参量的测量
一、 实验目的
1、 在学习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。
2、 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?。
二、 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 ??2?
得到电磁波的主要参量：?和?等。
?，???f???
本实验采取了如下的实验装置
设入射波为Ei?E0ie?j?，当入射波以入射角?1向介质板斜投射时，则在
分界面上产生反射波Er和折射波Et。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T0，由介质板进入空气的折射系数为Tc，另外，可动板
Pr2和固定板Pr1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Er1??RT0TcE0ie?j?1，Er2??RT0TcE0ie?j?2
这里 ?1???2Lr1?Lr3???Lr1；?2???2Lr2?Lr3????2Lr1?2?L?Lr3???L2；
其中?L?L2?L1。
又因为L1为定值，L2则随可动板位移而变化。当Pr2移动?L值，使Pr3有零指示输出时，必有Er1与Er2反相。故可采用改变Pr2的位置，使Pr3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Pr3处的相干波合成为Er?Er1?Er2??RT0TcE0i?e?j?1?e?j?2?
或写成 Er??2RT0TcE0icos??e2式中????1??2?2??L
???????j??122??? （1-2）
为了测量准确，一般采用Pr3零指示法，即cos??2?0
???(2n?1)?，n=0,1,2......
或
这里n表示相干波合成驻波场的波节点（Er?0）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Er?0驻波节点为参考节点的位置L0 又因
?2?????2???L
??? （1-3）
?2??故 ?2n?1???2???L
???
(1-4)
或
4?L?(2n?1)?
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L0作为第一个波节点，对其他N值则有：
n=1，4?L?4?L1?L0??2? ,对应第二个波节点，或第一个半波长数。 n=1，4?L?4?L2?L1??2? ,对应第三个波节点，或第二个半波长数。
…
n=n，4?L?4?Ln?Ln?1??2?
,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
2?Ln?L0? ??
n代入得到电磁波的参量?,?,?等值。
（1-5）
三、 实验步骤
（1） 整体机械调整：调整发射喇叭Pr0，接收喇叭Pr3，使其处于同种极化
状态。
（2） 安装反射板，半透射板：注意反射板Pr1与Pr2轴向成90度角，半透射
板轴向与Pr1轴向成45度角，并注意反射板Pr1与Pr2的法向分别与
Pr3,Pr0轴向重合。
（3） 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Pr3表头指示为80。
（4） 旋转游标使可移动反射板Pr2的起始位置在最右侧（或最左侧），用旋
转手柄移动Pr2使所有节点位置处，Pr3表头指示都为0.此时说明整个
系统调整到位。
（5） 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L0到Ln，并记录。
（6） 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。 （7） 用所测波长计算?,?值。
四、 实验数据
试验次数n 微安表零指示（mm）
1 11.342 2 26.458 3 43.039 4 58.692 五、 实验结果整理，误差分析
?2
?43.039?58.692?11.342?26.458?15.983(mm)
4??31.966mm；
f?9.3787GHZ c理论上???31.987(mm)f误差=
31.987?31.966?100%?0.0657%
31.987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。