實驗五 電磁波反射及衍射實驗.doc

電磁波反射及衍射實驗實驗五 電磁波反射及衍射實驗一、預(yù)習(xí)要求1、 什么是電磁波的反射和衍射？2、 電磁波的反射和衍射需要遵循什么定律？二、實驗?zāi)康?、 認(rèn)識時變電磁場，理解電磁波產(chǎn)生的原理。2、 理解電磁波的反射與衍射原理。3、 學(xué)習(xí)微波分光儀的使用。三、實驗原理本實驗中，發(fā)射天線與接收天線均為矩形口徑喇叭天線，又稱為角錐喇叭天線，它是一種線極化天線。按天線口面電場矢量方向與地平面的關(guān)系，可以規(guī)定水平極化和垂直極化。一般情況下，如果喇叭天線窄邊平行于地面，則稱水平極化，如果喇叭天線窄邊垂直于地面，則稱垂直極化。電磁波在傳播過程中如遇到障礙物，會發(fā)生反射現(xiàn)象，本處以一塊大的金屬板作為障礙物來研究當(dāng)電波以某一入射角投射到此金屬板上所遵循的反射定律，即反射線在入射線和通過入射點(diǎn)的法線所決定的平面上，反射線和入射線分居在法線的兩側(cè)，反射角等于入射角。當(dāng)一平面波入射到一寬度和波長可比擬的狹縫時，就要發(fā)生衍射的現(xiàn)象。在縫后面出現(xiàn)的衍射波強(qiáng)度并不是均勻的，中央最強(qiáng)，同時也最寬。在中央的兩側(cè)衍射波強(qiáng)度迅速減小，直至出現(xiàn)衍射波強(qiáng)度的最小值，即一級極小，此時衍射角為 = Sin1 ( / a)，其中是波長， a 是狹縫寬度。兩者取同一長度單位，然后，隨著衍射角增大，衍射波強(qiáng)度又逐漸增大，直至出現(xiàn)一級極大值，角度為： = Sin1(3 / 2a)。四、實驗步驟（一）、電磁波反射實驗步驟1、 儀器連接時，兩喇叭口面應(yīng)互相正對，它們各自的軸線應(yīng)在一條直線上。指示兩喇叭位的指針應(yīng)分別指示于工作平臺的刻度處。2、 將支座放在工作平臺上，并利用平臺上的定位鞘和刻線對正支座，拉起平臺上四個壓緊螺釘旋轉(zhuǎn)一個角度后放下，將支座壓緊。3、 將反射金屬板放在支座上時，應(yīng)使金屬板平面與支座下面的小圓盤上的900和-900這對刻線一致。這時小平臺上的0刻度就與金屬板的法線方向一致。4、 轉(zhuǎn)動小平臺，將固定臂指針調(diào)到300650角度之間任意一位置，這時固定臂指針?biāo)鶎?yīng)刻度盤上指示的刻度就是入射角的讀數(shù)。5、 開啟DH1121B型三厘米固態(tài)信號源。6、 轉(zhuǎn)動活動臂，當(dāng)表頭顯示出最大指示時，活動臂指針?biāo)鶎?yīng)刻度盤上指示的刻度就是反射角的讀數(shù)。如果此時表頭指示太大或太小，應(yīng)調(diào)整系統(tǒng)發(fā)射端的可變衰減器，使表頭指示接近滿量程。7、 根據(jù)不同極化方式，連續(xù)選取幾個入射角進(jìn)行實驗，并在表1.1中記錄反射角。（一）、電磁波衍射實驗步驟1、調(diào)整微波分光儀單縫衍射板的縫寬為（建議為710cm）。2、將單縫板放到支座上，使狹縫平面與支座下面的小圓盤上的90-90 刻線一致，固定。3、轉(zhuǎn)動小平臺使固定臂的指針在小平臺的180 刻度處，此時小平臺的0 刻度就是狹縫平面的法線方向。4、將發(fā)射和接收喇叭天線均調(diào)整為水平極化。5、開啟DH1121B 型信號源和DH926AD 型數(shù)據(jù)采集儀。6、在衍射角為0，即收發(fā)喇叭正對時，調(diào)整反射信號電平使數(shù)據(jù)采集儀表頭指示接近滿刻度。7、將活動臂從衍射角0開始偏轉(zhuǎn)一定角度，使衍射角每改變1讀取一次電表讀數(shù)，并填寫表1.2。8、由表1.2，畫出單縫衍射強(qiáng)度與衍射角的關(guān)系曲線。并根據(jù)工作波長和縫寬算出一級極小和一級極大的衍射角，并填入表1.3，與實驗曲線上求得的一級極小和極大的衍射角進(jìn)行比較（本實驗的波長可由相應(yīng)標(biāo)尺示數(shù)與給定的表格上的數(shù)據(jù)獲得）。9、改變極化方向為垂直極化，重復(fù)上述實驗。10、適當(dāng)?shù)卣{(diào)整縫寬，觀察衍射現(xiàn)象，回答思考題。五、實驗結(jié)果表1.1入射角（度）300350400450500550600650反射角（度）垂直極化水平極化表1.2衍射角i（度）100110120130140150160170衍射強(qiáng)度左側(cè)右側(cè)衍射強(qiáng)度平均值表1.3極化方式衍射角i電流強(qiáng)度指示Ii一級極小/一級極大/垂直水平六、實驗思考題1、反射實驗時，反射波的極化方向與入射波的極化方向有什么關(guān)系？為什么在反射角附近，乃至反射板的后面仍然可以接收到反射波？2、反射實驗時，實測反射角和理論反射角有無誤差？哪些因素可能導(dǎo)致實驗產(chǎn)生誤差？能否提出一些改進(jìn)措施？ 3、衍射實驗時，水平極化和垂直極化實