实验五 均匀无耗媒质参量的研究
1. 实验目的
（1） 应用相干波节点位移法来研究均匀无耗媒质参量 （2） 了解均匀无损耗媒质中电磁波参量
0 0 c
r ( r )
的测试
与自由空间内电磁波参量
的差别
（3） 熟悉均匀无损耗媒质界面对电磁波的反射和折射特性
2. 实验原理与说明
媒质参量一般应包括介电常数 ε和磁导率 μ两个参量，它们由媒质特征方程 D=εE 和 B=μ H 来表征，要确定 ε, μ值， 总是要和场量 E,H 联系在一起，对于损耗煤质来说， ε和μ 为复数，而且与频率有关。这里我们仅对均匀无损耗电介质的介电常数 ε进行讨论， 最终以测定相对介电常数 εi =ε / ε 0 来了解媒质的特性和参量
用相干波原理和驻波节点的方法，可以确定自由空间内电磁波的参量 λ 0,β0 和 c。对于具有 εr 的均匀无损耗媒质， 无法直接测得媒质中的 λ ,β和 υ 值，故不能得到媒质参量 εr 值，但我们可以用类似相干波原理装置，如图所示，在 Pr2 前，根据对 εr 板放置前后引起驻波节点位置变化的方法，测得相位变化值，进而测定媒质 εr 值，用空间相干波节点位移的方法来测定 ε r 值原理，如图所示，为讨论方便，我们喇叭辐射的电磁波近似的看作平面波
j z
设 Pr 3 接收喇叭的平面波 因子表达式有
EE e r 20 r 2
由于 Pr 2 处存在厚为 w 的ε r 媒质板，使 Pr3 处的 E r 1 和 E r 2 之间的相位差为
2
l
2 w
2
2 w
0 r
2 w
0
0
2 w
这里
0
为 r 板
不存在时，相应距 离 2w 所引起的相位滞后，因此得到
z
w 时， r 内总
的相位。滞后值为
'
e
0
0 2 ( r 1)
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..①
为使 Pr3 处实 现 相干波零指示接收，必须把 Pr2 连同 ε r 板向前推进 l ，造成一个相位增量 φ 其 值 为
2
0
2 l
0
⋯⋯⋯⋯
⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯⋯⋯ ⋯⋯②
从 而 补 偿了εr 板的相 位 滞后，实现
示，如图 所 示 ， 即 有 φ ’=
Δφ,由式①和式②经整理后得
r (1
l ) 2 w
③
由③式，可方便的得到电磁波在均匀无损耗媒质中传播时的电磁波参量 λ、β和 υ ，即
0 r
0
1
l
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..④
0
w 2
( 1
r
L )
w ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ..⑤
r
c
c ( 1
L w
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⑥
)
根据测出的 εr 值，还可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
R0
0 0
1
r r
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯
.⑦
1
2
2
0
T0
1
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⑧
r
对于平面电磁波由媒质向自由空间垂直投射时， 则相应界面反射系数和折射系数为
R
0
0
0
r
1 1
r
r
R0
⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ ⑨
T
2 0
0
2
r
r T0 ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯ .⑩
0
1
由 R、 T 的表达式不难看出，当测出 值。
R， T 值时，就可确定相应材料的 εr
3. 实验内容
（1） 测准 εr 样品的厚度 w。
（2） 根据图测出有 ε r 样品时的 l0
1 2 3 及 ll 3 l 0
,l ,l ,l
（3） 根据图测出有 ε r 样品时的 l
l 0 l 0 '
把测试值列入表中，并根据相应关系式，得到被测样品的 电磁波参量 λ， β，υ 及分界面上的 R， T 值。
有机玻璃板 w= 聚氯乙稀板 w=
L0
ε r 值，媒质中的
普通玻璃板 w=
L8
0
2
l 0
3
l 8
0
2
0
L0 ’ L8 ’
l l 0 l 0 '
有机玻璃板 w=
r
聚氯乙稀板 w=
l
2
普通玻璃板 w=
1
0 r
0 r
c
r
R
1 1
2 1
r r
T
r
4. 实验报告内容和要求
（1） 实验目的 （2） 测试数据表
（3） 思考题 本实验内容用
r
1
，测试均匀无损耗媒质值， 可否测 r
1 的
磁介质？试说明原因。
5. 实验仪器
（1） DH926A 型电磁波综合测试仪 1 套 （2） DH1211 型 3cm 固态源 1 台
（3） 微安表头 1 只或 XF-01 型选频放大器 1 台 （4） PX-16 型频率计 1 台
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