1、实验五 电磁波反射及衍射实验12实验五 电磁波反射及衍射实验一 、 预 习 要 求1、 什 么 是 电 磁 波 的 反 射 和 衍 射 ？2、 电 磁 波 的 反 射 和 衍 射 需 要 遵 循 什 么 定 律 ？二 、 实 验 目 的1、 认 识 时 变 电 磁 场 ， 理 解 电 磁 波 产 生 的 原 理 。2、 理 解 电 磁 波 的 反 射 与 衍 射 原 理 。3、 学 习 微 波 分 光 仪 的 使 用 。三 、 实 验 原 理本实验中，发射天线与接收天线均为矩形口径喇叭天线，又称为角锥喇叭天线，它是一种线极化天线。按天线口面电场矢量方向与地平面的关系，可以规定水平极化和垂直极化
2、。一般情况下，如果喇叭天线窄边平行于地面，则称水平极化，如果喇叭天线窄边垂直于地面，则称垂直极化。电 磁 波 在 传 播 过 程 中 如 遇 到 障 碍 物 ， 会 发 生 反 射 现 象 ， 本 处 以 一 块 大 的金 属 板 作 为 障 碍 物 来 研 究 当 电 波 以 某 一 入 射 角 投 射 到 此 金 属 板 上 所 遵 循 的 反射 定 律 ， 即 反 射 线 在 入 射 线 和 通 过 入 射 点 的 法 线 所 决 定 的 平 面 上 ， 反 射 线 和入 射 线 分 居 在 法 线 的 两 侧 ， 反 射 角 等 于 入 射 角 。当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭
3、缝时，就要发生衍射的现象。在缝后面出现的衍射波强度并不是均匀的，中央最强，同时也最宽。在中央的两侧衍射波强度迅速减小，直至出现衍射波强度的最小值，即一级极小，此时衍射角为 = Sin1 ( / a)，其中是波长， a 是狭缝宽度。两者取同一长度单位，然后，随着衍射角增大，衍射波强度又逐渐增大，直至出现一级极大值，角度为： = Sin1(3 / 2a)。四 、 实 验 步 骤（一） 、电磁波反射实验步骤1、 仪 器 连 接 时 ， 两 喇 叭 口 面 应 互 相 正 对 ， 它 们 各 自 的 轴 线 应 在 一 条 直 线 上 。指 示 两 喇 叭 位 的 指 针 应 分 别 指 示 于 工
4、作 平 台 的 刻 度 处 。180和2、 将 支 座 放 在 工 作 平 台 上 ， 并 利 用 平 台 上 的 定 位 鞘 和 刻 线 对 正 支 座 ， 拉 起平 台 上 四 个 压 紧 螺 钉 旋 转 一 个 角 度 后 放 下 ， 将 支 座 压 紧 。3、 将 反 射 金 属 板 放 在 支 座 上 时 ， 应 使 金 属 板 平 面 与 支 座 下 面 的 小 圆 盘 上 的900和 -900 这 对 刻 线 一 致 。 这 时 小 平 台 上 的 0 刻 度 就 与 金 属 板 的 法 线 方向 一 致 。4、 转 动 小 平 台 ， 将 固 定 臂 指 针 调 到 300 6
5、50角 度 之 间 任 意 一 位 置 ， 这 时 固定 臂 指 针 所 对 应 刻 度 盘 上 指 示 的 刻 度 就 是 入 射 角 的 读 数 。5、 开 启 DH1121B 型 三 厘 米 固 态 信 号 源 。6、 转 动 活 动 臂 ， 当 表 头 显 示 出 最 大 指 示 时 ， 活 动 臂 指 针 所 对 应 刻 度 盘 上 指示 的 刻 度 就 是 反 射 角 的 读 数 。 如 果 此 时 表 头 指 示 太 大 或 太 小 ， 应 调 整 系 统发 射 端 的 可 变 衰 减 器 ， 使 表 头 指 示 接 近 满 量 程 。7、 根 据 不 同 极 化 方 式 ， 连
6、 续 选 取 几 个 入 射 角 进 行 实 验 ， 并 在 表 1.1 中 记电磁波反射及衍射实验录 反 射 角 。（一） 、电磁波衍射实验步骤1、调整微波分光仪单缝衍射板的缝宽为（建议为710cm）。2、将单缝板放到支座上，使狭缝平面与支座下面的小圆盘上的90-90 刻线一致，固定。3、转动小平台使固定臂的指针在小平台的180 刻度处，此时小平台的0 刻度就是狭缝平面的法线方向。4、将发射和接收喇叭天线均调整为水平极化。5、开启DH1121B 型信号源和DH926AD 型数据采集仪。6、在衍射角为0，即收发喇叭正对时，调整反射信号电平使数据采集仪表头指示接近满刻度。7、将活动臂从衍射角0开
7、始偏转一定角度，使衍射角每改变1读取一次电表读数，并填写表1.2。8、由表1.2，画出单缝衍射强度与衍射角的关系曲线。并根据工作波长和缝宽算出一级极小和一级极大的衍射角，并填入表1.3，与实验曲线上求得的一级极小和极大的衍射角进行比较（本实验的波长可由相应标尺示数与给定的表格上的数据获得）。9、改变极化方向为垂直极化，重复上述实验。10、适当地调整缝宽，观察衍射现象，回答思考题。五 、 实 验 结 果表 1.1入 射 角 （ 度 ） 300 350 400 450 500 550 600 650垂 直 极 化反 射 角（ 度 ） 水 平 极 化表 1.2衍 射 角 i（ 度 ） 100 110
8、 120 130 140 150 160 170左 侧衍 射 强度 右 侧衍 射 强 度 平 均 值表 1.3极化方式 衍射角 i 电流强度指示 Ii 一级极小 / 一级极大 /垂直水平六 、 实 验 思 考 题1、 反 射 实 验 时 ， 反 射 波 的 极 化 方 向 与 入 射 波 的 极 化 方 向 有 什 么 关 系 ？ 为什 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 实 验 时 ， 实 测 反 射 角 和 理 论 反 射 角 有 无 误 差 ？ 哪 些 因 素 可 能 导致 实 验 产 生 误 差 ？ 能 否 提 出 一 些 改 进 措 施 ？3、衍射实验时，水平极化和垂直极化实验效果有何不同？哪种极化更有利实验五 电磁波反射及衍射实验14于实验？试分析原因。4、如果想观察到理想的单缝衍射实验效果，对波长和缝宽有什么要求？实验中还需考虑哪些问题？在取较小缝宽时会观察到什么现象？试解释。
