1、电磁波反射和折射的研究一 实验目的1 研究电磁波在良导体表面的反射；2 研究电磁波在良介质表面的反射和折射；3 研究电磁波全反射和全折射的条件。二 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E+Et E- zxH+ H-Ht图 1. 平行极化波的斜入射示意图入射波： )cosin(m1)sico( zxjkzxeEa)cosin(1zjkyeaH反射波： )cossin(m/ 1)i( zxjkzxeRa)cossin(1/1zjkyeEa折射波： )cossin(m/t 2)
2、i( zxjkzxeTa)cossin(2/t 2zjkyeaH式中， 221121 , , , k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：2121210sin时k并计算出平行极化波的反射系数 R/和折射系数 T/：cos21/s21/T类似地，可求出垂直极化波的反射系数和折射系数： cos12Rs12T2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。（1） 对平行极化情形，令 ，可得全折射时的入射角：0/R1221Ptansin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P9
3、0度 P 入射到厚度为 d 的介质板表面，则 21Pcossin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。1， 02， 01， 0d图 2 介质板全折射示意图（2） 对垂直入射情形， ，反射系数和折射系数变为21/R21/T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 21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031输入阻抗的概念和公式，得到 1、 2 分界面上的输入阻抗)t
4、an(232indkjz当 时，可实现无反射，其条件为in1z2r02d满足该条件的介质板称为半波长无反射介质板。1， 02， 01， 0d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， 。0 ,1 ,/ TR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
5、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%（80A ） 。（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
6、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 3080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 DH92
7、6B 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，指示两喇叭天线位置的指针分别指于工作台的 90-90 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%（80A ）（3）将有机玻璃介质板垂直放到支架上并固定，应使介质板平面投切到支座下面的小圆盘上的 90-90 刻度上（平行投切波轴） ，使得介质板的法线为 0。（4）顺时针匀速缓慢转动 DH926B 型微波分光仪的转盘，以改变电磁波的投射角，同时观察接收场强信号，找到信号最大点，记录到表 3-2 中。（5）依据折射角 =90 p（布儒斯特角）的定义，计算出全折射角。表 1厚度 入射场 全折射 折射角 2d E01 计算值 测试值 E01 E02 计算值 测试值3mm表 2角度 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80电流值细化角度电流值全反射角
