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：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er的测量。3)了解均匀无耗介质中电磁波参量/?、A和〃与自由空间中电磁波参量/?、2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e和磁导率u。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

2、研究均匀无耗的电介质，这时，e为一实数，而U=Uo、Ur=l,最终以测定相对介电常数er=e/e◦来了解介质的特性和参量。在实验一屮，已掌握了用相干波原理测量自由空间电磁波参量/?、2和v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£「，测量原理如图1所示。(注意：喇叭天线处于垂直极化方式。)01.1相千波测波长装置示意圈利川相干波的原理，不加介质板时，将可移动反射板调节至一个驻波波节点(dl)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)

3、或同定的全反射板处(Prl)前面。(注：需紧贴在全反射板上)。设从Prl、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=Eor2*e(-j^z)由实验一已知：Prl板同定不动，Pr2沿波轴做平行移动，(pe—-2d—271I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er介质板（对于非磁性材料的媒质Pr=l）,使Pr3处丁•Erl与Er2之间，因介质板为无损耗，可认为Erl与Er2幅度近似相等，则介质板引起的相位差为：•2d其中，/I◦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2

4、d（往返），电磁波相位改变量为A^?o=/3o-2d=-V)Ao由此可见，介质板引入后造成的相位差为Ao•2AL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△!_，以改变Pr2板与Pr3喇叭间的距离，产生一个相位增量：Ap，=P.2AL=」^2ALAo从而补偿了介质板引入的滞后相位。令：Af=Ap’，可得&=(1+AL~dA（）完成Z电解质参量的测试后，介质中其他电磁参量0、A和分别可由下式求得：A（）AL~dInAL/3=^=^=^1+d^£r~^Q+AL/d)根据测出的~值，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

5、、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：Roe=Toe=—r/e-r/or/e+7()2rfe1_y/~&-1+y[~£r27]e+7]0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R£0=U^=2^1=.R0£r/o+r/eTeO=—r/e+r/o由R、T表达式不难看出，当测出R、T值时，也可确定相应材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—端，在此附近测出一个极小幅

6、度(待测波节点)的位置，以便接下来向刻度70—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(dl、d2、d3)与(dl'、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ALl'、AL2AL3求得△!_均值。3)求得被测样品的er值、媒质中的电磁波参量2和2＞。4)选做题：试着求得分界面上的R、T值。

7、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。4.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