電磁場與微波技術(shù)實驗報告.doc

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1、成績：評閱人：電磁場與微波技術(shù)實驗報告學(xué)院信息科學(xué)與技術(shù)學(xué)院專業(yè)通信工程姓名余憲學(xué)號23320122204107組別19時間2014.10.10實驗二電磁波通過單縫時的衍射現(xiàn)象一、實驗?zāi)康?.了解電磁波衍射的基本現(xiàn)象2.驗證衍射定理，測試電磁波衍射強(qiáng)度與觀測角度之間的關(guān)系3.探討波長與縫隙寬度之間的關(guān)系二、實驗原理（一）實驗儀器使用調(diào)整單縫衍射板的縫寬，使狹縫平面與小圓盤上的90-90刻線一致。固定臂的指針指在小平臺的180刻度處。調(diào)整信號電平使數(shù)據(jù)采集儀接近滿刻度。算出一級極小和一級極大的衍射角，并與實驗所得比較。（注意：單縫衍射板的兩面材料不同）察看三厘米固態(tài)信號源的“等幅”和“方波”檔的

2、設(shè)置，將數(shù)據(jù)采集儀的“等幅/方波”設(shè)置按鈕等同于三厘米固態(tài)信號源的設(shè)置。（工作狀態(tài)：“等幅”檔）點(diǎn)擊“單縫衍射實驗”，會出現(xiàn)““建議”提示框，這是軟件建議選擇的“采集點(diǎn)數(shù)”和“脈沖通道”，單擊“OK”按鈕，進(jìn)入“輸入采集參數(shù)”界面。察看單縫寬度和微波波長（參數(shù)的單位默認(rèn)為“厘米”），將其值填入繪圖框下方相應(yīng)欄中，以便采集結(jié)束后進(jìn)行計算。順時針或逆時針（但只能沿一個方向）勻速轉(zhuǎn)動微波分光儀的活動臂，隨著活動臂的移動，采集點(diǎn)數(shù)依次增加，繪圖框中實時觀察信號變化。按下“計算結(jié)果”按鈕,軟件會將實驗待求參數(shù)理論值和根據(jù)實際采集過程處理得到的參數(shù)值（二）電磁波的衍射如圖2-1所示，當(dāng)一平面波入射到一寬度

3、和波長可比擬的狹縫時，就發(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，此時衍射角為，其中λ是波長，a是狹縫寬度。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。一、實驗內(nèi)容1.查表確定各自儀器的波長度數(shù)（千分尺刻度），以及變化縫隙的寬度和波長；查表確定千分尺刻度為：3.258頻率為：9GHZ計算得波長為：2.選取適當(dāng)?shù)牟ㄩL，分別測定a/λ=2.5、1.5時的衍射實驗曲線。①a/λ=2.5時，計算得到變化縫隙的寬度為a=8.33cm零級處最大一級極小值一級極大值即一級極小值衍射角為：94-

4、70=24；一級極大值衍射角為：94-57=37可計算其相對誤差分別為：（1）一級極小值衍射角相對誤差（2）一級極大值衍射角相對誤差②a/λ=1.5時，計算得到變化縫隙的寬度為a=5.00cm零級處最大一級極小值一級極大值即一級極小值衍射角為：96-57=39；一級極大值衍射角為：96-8=88可計算其相對誤差分別為：（1）一級極小值衍射角相對誤差（2）一級極大值衍射角相對誤差a/λa一級極小衍射角一級極大衍射角圖形理論值采集值理論值采集值2.58.3323.5631724.036.84410937.0①1.55.0041.75908939.087.43744388.0②一、實驗分析1.在誤差

5、允許范圍內(nèi)，采集值與理論值一致，同時觀察實驗曲線，驗證了電磁波通過單縫時的衍射現(xiàn)象一級極小/極大衍射角公式。2.通過實驗數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，隨著a/λ減小，a減小，一級極小/極大衍射角均增大?？梢姡潭úㄩL條件下，窄縫寬度a與一級極小/極大衍射角成反比，與公式一致；由于一級極大衍射角處的電磁波強(qiáng)度很小（在中央兩側(cè)的衍射波強(qiáng)度迅速減?。瑢嶒炃€看不出這個關(guān)系，但可以肯定，窄縫寬度a越小，衍射峰位置應(yīng)越靠右，與衍射角增大相對應(yīng)。3.窄縫寬度a越小，通過窄縫的電磁波通量減少，條紋清晰度變差。從中央明條紋可以看出。4.實驗曲線和數(shù)據(jù)都充分驗證了實驗原理里描述的電磁波衍射現(xiàn)象。5.此外，實驗曲線的中央較平，

6、甚至還有些振蕩波形，可能是因為衍射板不夠?qū)挼木壒剩挥绊憣嶒炐Ч?.實驗誤差的主要來源：（1）寬縫a很難取到準(zhǔn)確的值（2）衍射板較小，可能使接受喇叭天線直接接收到發(fā)射源信號，衍射板也無法準(zhǔn)確地與電磁波前進(jìn)方向垂直（3）兩喇叭天線是否正對并取向一致對本實驗結(jié)果也有一定的影響（4）采集過程中無法勻速轉(zhuǎn)動活動臂7.討論衍射條紋出現(xiàn)的原因，分析固定波長條件下，窄縫寬度a與衍射峰值位置之間的關(guān)系答：由惠更斯-菲涅爾原理知，光波陣面上每一點(diǎn)都可以看做新的子波源，以后任意時刻，這些子波的包跡就是該時刻的波陣面；因此，從同一波陣面上個點(diǎn)發(fā)出的子波是相干波，它們在空間相遇時會產(chǎn)生干涉。觀察屏上某點(diǎn)的光強(qiáng)取決于

7、狹縫上各子波源到此的光程差。當(dāng)光程差為半波長的偶數(shù)倍時，波峰與波谷相遇，振動相抵消，出現(xiàn)暗條紋；奇數(shù)倍時，波峰與波峰（或波谷與波谷）相遇，振動相增強(qiáng)，出現(xiàn)明條紋；其它位置介于兩者之間。固定波長條件下，窄縫寬度a變窄，衍射角變大，即條紋散開了。但與此同時，通過窄縫的光通量減少，條紋清晰度變差。