实验二 均匀无耗介质介电参数的测量

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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εr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

2、数ε和磁导率μ。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，ε为一实数，而μ=μ0、μr=1，最终以测定相对介电常数εr=ε/ε0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εr，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

3、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（-jz）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εr介质板（对于非磁性材料的媒质μr=1），使Pr3处于Er1与Er2之

4、间，因εr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：而其中，0为空气中的电磁波波长，于是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由此可见，介质板引入后造成的相位差为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：从而补偿了介质板引入的滞后相位。令：，可得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：根据测出的εr值，还可以

5、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：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εr值。1.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）的位置，以便接

6、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。2.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εr值、媒质中的电磁波参量

7、、和。4）选做题：试着求得分界面上的R、T值。1）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测试吗？如果可以，请说明测试原理。