电磁波反射与折射的研究

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图1.平行极化波的斜入射示意图入射波：)cossin(m1)sincos(zxjkzxeEaaE)cossin(1m1zxjkyeEaH反射波：)cossin(m//1)sincos(zxjkzxeERaaE)cossin(1m//1zxjkyeERaH折射波：)cossin(m//t2)sincos(zxjkzxeETaaE)cossin(2m//t2zxjkyeETaHE+Et⊙⊙⊙E-zxH+H-Ht式中，222111222111,,,kk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：21221121021sinsin时kk并计算出平行极化波的反射系数R//和折射系数T//：coscoscoscos2121//Rcoscoscos2212//T类似地，可求出垂直极化波的反射系数和折射系数：coscoscoscos1212Rcoscoscos2122T2．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）对斜入射情形，令0//R，可得全折射时的入射角：1212121Ptansin该入射角称为布儒斯特角。可以证明，此时的折射角P90。可见，若电磁波以角度P入射到厚度为d的介质板表面，则211Pcossin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。图2介质板全折射示意图（2）对垂直入射情形，0，反射系数和折射系数变为2121//R212//2T显然，当21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具有一定厚度d，且2两侧同为空气时（031），如图3所示，利用传输线输入阻抗的概念和公式，得到1、2分界面上的输入阻抗)tan()tan(2322232indkjdkjz当in1z时，可实现无反射，其条件为2r0222d满足该条件的介质板称为半波长无反射介质板。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，0,1,1//TRR。1，02，01，0d1，02，01，0d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，1.5mm玻璃板。