電磁波反射與折射的研究

1、電磁波反射和折射的研究一 實驗?zāi)康? 研究電磁波在良導(dǎo)體表面的反射；2 研究電磁波在良介質(zhì)表面的反射和折射；3 研究電磁波全反射和全折射的條件。二 實驗原理：1電磁波斜入射到不同介質(zhì)分界面上的反射和折射如圖1所示， 平行極化的均勻平面波以角度q 入射到良介質(zhì)表面時，入射波、反射波和折射波可用下列式子表示為 E+EtE-q q qzxH+H-Ht 圖1. 平行極化波的斜入射示意圖入射波： 反射波： 折射波： 式中， 利用分界面上（z = 0）電場和磁場切向分量連續(xù)的邊界條件，可得斯耐爾反射定律： 和斯耐爾折射定律： 并計算出平行極化波的反射系數(shù)R/和折射系數(shù)T/： 類似地，可求出垂直極化波的反射

2、系數(shù)和折射系數(shù)： 2全折射發(fā)生的條件： 全折射也即沒有反射波，發(fā)生全折射的條件可通過令反射系數(shù)為零得到。（1） 對平行極化情形，令，可得全折射時的入射角： 該入射角稱為布儒斯特角?？梢宰C明，此時的折射角?？梢?，若電磁波以角度qP 入射到厚度為d的介質(zhì)板表面，則這正是電磁波由e2到e1的全折射條件。因此，當(dāng)電磁波以布儒斯特角從介質(zhì)板的一側(cè)入射時，在介質(zhì)板的另一側(cè)可接收到全部信號。如圖2所示。對垂直極化波，類似的推導(dǎo)結(jié)果表明，其不會發(fā)生全折射現(xiàn)象。 e1，m0e2，m0e1，m0dqqqq 圖2 介質(zhì)板全折射示意圖（2） 對垂直入射情形，反射系數(shù)和折射系數(shù)變?yōu)?顯然，當(dāng)時，也即在同一種媒質(zhì)中，電磁

3、波是全折射的，并無討論意義。當(dāng)e2 具有一定厚度d ，且e2 兩側(cè)同為空氣時（），如圖3所示，利用傳輸線輸入阻抗的概念和公式，得到e1、e2分界面上的輸入阻抗 當(dāng)時，可實現(xiàn)無反射，其條件為 滿足該條件的介質(zhì)板稱為半波長無反射介質(zhì)板。 e1，m0e2，m0e1，m0d 圖3 垂直入射介質(zhì)板時全折射示意圖（3）電磁波斜入射到良導(dǎo)體表面的反射 良導(dǎo)體的特性近似于理想導(dǎo)體，電磁波投射到良導(dǎo)體表面時，可認(rèn)為發(fā)生全反射，此時，。 注：全反射在介質(zhì)界面也是可以發(fā)生的，只是要求必須是從光密媒質(zhì)入射到光疏媒質(zhì)中，實際測量時，裝置都處于光疏媒質(zhì)中，所以不便實際測量。三、實驗儀器DH926B型微波分光儀，喇叭天線，

4、DH1121B型三厘米固態(tài)信號源，DH926AD型數(shù)據(jù)采集儀，計算機，良導(dǎo)體反射板，1.5 mm玻璃板。四、實驗步驟與操作方法A 全反射角的測量 （1） 將DH926B型微博分光儀的兩喇叭天線口面互相正對是，取向一致，它們各自的軸線應(yīng)在同一條直線上，指示兩喇叭天線位置的指針分別指于工作臺的0-180刻度處。 （2） 開啟DH1121B型三厘米固態(tài)信號源，用接收天線前衰減器調(diào)節(jié)接收信號場強，使場強最大值為電流表滿量程的80%（80A）。 （3）將反射金屬板垂直放到支架上，應(yīng)使金屬平面投切到支座下面的小圓盤上的90-90刻度上（垂直投切波軸）。 （4）轉(zhuǎn)動反射金屬板，形成一個30的入射角；同時轉(zhuǎn)動

5、DH926B型微波分光儀的活動臂，使得反射角同為30，采集第一點信號并填入表3-1相應(yīng)格中，然后順時針轉(zhuǎn)動DH926B型微波分光儀的活動臂，以每5的角度增量改變?nèi)肷浣牵瑫r轉(zhuǎn)動DH926B型微波分光儀的活動臂，以每5的角度增量改變反射角，采集各點信號并記錄在表格中，直到角度為80。 【要點】接收，發(fā)射天線一定保持在一條直線上，入射角與反射角從3080以5增量進(jìn)行改變。（5）精細(xì)采集。上述采集完成后，通過記錄找出場強最大點處角度值，以該角度值為中心點，向前，向后各擴展5，然后以每1的角度增量同步改變?nèi)肷浣桥c反射角，采集各點信號并記錄在表格中，形成11點數(shù)據(jù)記錄，將其中最大值處的角度值填入表中，便

6、可得到全反射角。B.全折射角的測量（1）將DH926B型微波分光儀的兩喇叭天線口面互相正對是，取向一致，它們各自的軸線應(yīng)在同一條直線上，指示兩喇叭天線位置的指針分別指于工作臺的90-90刻度處。（2）開啟DH1121B型三厘米固態(tài)信號源，用接收天線前衰減器調(diào)節(jié)接收信號場強，使場強最大值為電流表滿量程的80%（80A）（3）將有機玻璃介質(zhì)板垂直放到支架上并固定，應(yīng)使介質(zhì)板平面投切到支座下面的小圓盤上的90-90刻度上（平行投切波軸），使得介質(zhì)板的法線為0。（4）順時針勻速緩慢轉(zhuǎn)動DH926B型微波分光儀的轉(zhuǎn)盤，以改變電磁波的投射角，同時觀察接收場強信號，找到信號最大點，記錄到表3-2中。（5）依據(jù)折射角q =90qp（布儒斯