实验五 电磁波反射及衍射实验

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。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，最强，同时也最宽。在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ϕ = Sin−1 (λ / a)，其中λ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： ϕ = Sin−1(3λ / 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作平台的0和180刻度处。 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300～650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，连续选取几个入射角进行实验，并在表1.1中记录反射角。

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电磁波反射及衍射实验

（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7～10cm）。

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λ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） 反射角（度） 300 350 垂直极化 水平极化 400 450 500 550 600 650 表1.2 衍射角φi（度） 衍射强度 左侧 右侧 衍射强度平均值 100 110 120 130 140 150 160 170 表1.3 极化方式 垂直 水平 衍射角φi 电流强度指示Ii 一级极小φ/ 一级极大φ// 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？哪种极化更有利于实验？试分析原因。

实验五 电磁波反射及衍射实验

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。

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