1、大连理工大学本科实验报告课程名称： 学院（系）： 专 业： 班 级： 学 号： 学生姓名： 年 月 日大连理工大学实验预习报告学院（系）： 专业： 班级： 姓 名： 学号： 组： _ 实验时间： 实验室： 实验台： 实验二 均匀无耗介质介电参数的测量1. 实验目的1） 深入理解与体会利用迈克尔逊干涉法测试的基本原理，测试不同材料的介电常数。2） 利用相干波节点位移法，研究均匀无耗介质介电常数r 的测量。3） 了解均匀无耗介质中电磁波参量 、 和 与自由空间中电磁波参量 、 和 的区别。4） 熟悉均匀无耗介质分界面对电磁波的反射和折射的特性。2. 实验原理描述介质特性的参数是介电参数 和磁导率
2、。一般说来，这两个参数均是频率的函数并且是复数，本实验中只研究均匀无耗的电介质，这时， 为一实数，而 =0 、r=1，最终以测定相对介电常数 r =/0 来了解介质的特性和参量。在实验一中，已掌握了用相干波原理测量自由空间电磁波参量 、 和 的方法，用这种方法无法直接测的电介质参量。但是，可以借助实验一中的装置和测量原理，测出介质存在前、后在接受喇叭天线处入射波引起的相位变化量，再通过计算求出介质的介电常数 r ，测量原理如图 1 所示。 （注意：喇叭天线处于垂直极化方式。 ）利用相干波的原理，不加介质板时，将可移动反射板调节至一个驻波波节点（d1）位置。然后如图 1 所示，把具有厚度为 d
3、的待测介质板放在可移动全反射板（Pr2）或固定的全反射板处（Pr1）前面。 （注：需紧贴在全反射板上） 。设从 Pr1、Pr2 板处向 Pr3 接收喇叭传输的电磁波近似为平面波，Pr3 接收喇叭处的平面波因子表达式为：Er2=E0r2 * e（-j z）由实验一已知：Pr1 板固定不动，Pr2 沿波轴做平行移动，则 Pr3 处合成场的相位完全决定于 Pr2 板的位置。这时，如果在 Pr2 板前放置一厚度为 d 的 r 介质板（对于非磁性材料的媒质 r=1） ，使 Pr3 处于 Er1 与 Er2 之间，因 r 介质板为无损耗，可认为 Er1 与 Er2 幅度近似相等，则介质板引起的相位差为：
4、d2而 rrrfcfv001其中， 0 为空气中的电磁波波长，于是dr20自由空间中电磁波传播路径中经过距离 2d（往返） ，电磁波相位改变量为)1(22000 rdd由此可见，介质板引入后造成的相位差为 L20 由于这一微小的相位改变，使得 Pr3 不再是波节点。为了在Pr2 处重新获得波节点，需将 Pr2 板移动一个小的距离L，以改变 Pr2 板与 Pr3 喇叭间的距离，产生一个相位增量： LL220 从而补偿了介质板引入的滞后相位。令： ，可得 2)1(dLr完成了电解质参量的测试后，介质中其他电磁参量 、 和分别可由下式求得：dLr100)1(200d)/1(Lccr根据测出的 r 值
5、，还可以确定该媒质与空间分界面上的反射系数和折射系数 R、 T。当平面波垂直投射到空气与媒质分界面时，利用边界条件得： rR100 rT 2200对于平面电磁波由媒质向自由空间垂直投射时，则相应的反射系数和折射系数为 001RRr 0002TTrr由 R、T 表达式不难看出，当测出 R、T 值时，也可确定相应材料的 r 值。3. 实验步骤及注意事项1） 参照实验一“电磁波参量的研究”的要求；2） 在放置介质板时，一定小心，不能改变测试系统的几何关系，否则将会引入误差，甚至导致数据不可靠，需从头再来。3） 测量过程中，将移动云台的读数机构从刻度 10 一端，在此附近测出一个极小幅度（待测波节点）
6、的位置，以便接下来向刻度 70 一端匀速移动，能测得更多的极小幅度（波节点）的位置，旋转读数机构上的手柄，使可移动全反射板随之匀速移动。同时，转动时应小心，防止读数机构上的全反射板抖动造成的误差。为了消除机械回程误差，一定要做单向匀速移动。4. 实验内容及要求1） 了解并掌握相干波测量无耗介质介电参数的原理及方法。2） 采用交叉读数法测量 3 个连续的波节点（d1、d2、d3）与（d1、d2 、d3） ，把测量数据列入表 1 中，并根据相应关系式，分别计算出L1、 L2、 L3，求得L 均值。3） 求得被测样品的 r 值、媒质中的电磁波参量 、 和 。4） 选做题：试着求得分界面上的 R、 T 值。5） 做好实验原始数据记录，计算出所测得的两个半波长，两个半波厂之间的误差不能大于 0.5mm。整理好的实验原始数据交由老师检查确认。5.实验报告内容1）按照标准实验报告的格式和内容完成实验报告；2）完成数据运算及整理，计算出无耗介质电参数；3）对实验中的现象分析讨论，并对实验误差产生的原因进行分析。4）实验中的体会和收获思考题：除了上述应用相干波节点位移法，测试均匀无损耗媒质参量的 ，你还能设计出其他的方案实现无损耗参量的r测试 吗？如果可以，请说明测试原理。r
