Электромагнитные поля и волны _ЛР1. Электромагнитные поля и волны
![]()
|
![]() Рисунок 4.8. График зависимости U(ξ). 4.8. Расчет Дифракции Френеля и Фраунгофера 4.8.1. Рассчитаю rм для ближней зоны, в системе MathCAD просчитаю распределение поля, результаты занесем в таблицу 4.10, и построю графики ![]() ![]() ![]() где, D=2R1; Таблица 4.10 Зависимость U(х)
![]() Рисунок 4.9. График зависимости ![]() 4.8.2. Рассчитаю rм для дальней зоны, в системе MathCAD просчитаю дифракцию Фраунгофера, результаты занесем в таблицу 4.11, и построю графики распределение поля в дальней зоне ![]() rm= L/2= 200/2=100; Таблица 4.11 Зависимость U(х)
![]() Рисунок 4.10. График зависимости ![]() 5. Экспериментальные результаты. 5.1.1. Уровень сигнала от количества открытых зон. Длина волны = 0,8 см; Расстояние между антеннами = 200 см. Таблица 5.1 Измерения уровня сигнала от количества открытых зон
С учетом квадратичности характеристики детектора построю зависимость UM= f(n), где n- номера зон (рис.5.1). ![]() Рисунок 5.1. График уровня сигнала от количества открытых зон. При открывании каждой следующей зоны происходит суммированием полей от различных зон Френеля и уменьшение амплитуды результирующего поля, так как сигналы от соседних зон Френеля приходят в противофазе. 5.1.2. Пронаблюдаем и зафиксируем изменение уровня сигнала для случаев, когда открыты только четные или только нечетные зоны Френеля Таблица 5.2 Измерения уровня сигнала от количества открытых зон
Результаты при открытии четных и всех нечетных зон Френеля практически одинаковы, что хорошо согласовывается с теорией. 5.2. Исследование существенной области распространения радиоволн. Длина волны = 0,8 см; Расстояние между антеннами = 200 см. Плавно изменяя радиус диафрагмы на максимальном значении, запишу данные в таблицу 4.3. Проделаю опыт для 8-10 положений диафрагмы. Постою график зависимости радиуса первой зоны от положения диафрагмы между антеннами рисунок 5.2. ![]() Рисунок 5.2. График зависимости ![]() Кривая имеет вид эллипса, что говорит о хорошем совпадении теории и эксперимента. 5.3. Исследование дифракции на краю экрана. Длина волны = 0,8 см; Расстояние между антенной и приемником = 200 см; С помощью экранов пронаблюдаем дифракцию на краю экрана, полученные данные занесем в таблицу 4.4, и построю график зависимости ![]() ![]() Рисунок 5.3. График зависимости ![]() Поле на начальном этапе монотонно изменяется, а на последующих режимах стремится к минимуму и имеет осциллирующий характер, что объясняется интерференцией волн от открытых зон Френеля. 5.4. Исследование дифракции на длинных прямоугольных щелях. 5.4.1. Широкая щель: Ширина щели 1,7*R1=10,75 см; Длина волны = 0,8 см; Расстояние между антеннами = 200 см; Расстояние от антенны детектора = 19,3 см. Полученные данные занесем в таблицу 4.6, и построю график зависимости ![]() ![]() Рисунок 5.4. График дифракции на длиной, широкой щели d>>R1. Согласно теории при дифракции на широкой щели: d>>R1, поле в точке М1 начнет испытывать колебания когда край щели начнет перекрывать начальные зоны Френеля. 5.4.1. Средняя щель: Ширина щели 0,8*R1=5,06 см; Длина волны = 0,8 см; Расстояние между антеннами = 200 см; Расстояние от антенны детектора = 6,3 см. Полученные данные занесем в таблицу 4.7, и построю график зависимости ![]() ![]() Рисунок 5.5. График дифракции на длиной, средней щели d=R1. На средней щели укладывается лишь несколько первых зон Френеля. Колебания поля начинаются сразу же при смещении точки М от центра щели. 5.4.1. Узкая щель Ширина щели 0,088*R1=0,5566 см; Длина волны = 0,8 см; Расстояние между антеннами = 200 см; Расстояние от антенны детектора = 0,316 см. Полученные данные занесем в таблицу 4.8, и построю график зависимости ![]() ![]() Рисунок 5.6. График дифракции на длиной, узкой щели d< На узкой щели укладывается лишь часть первой зоны Френеля. При смещении точки М поле изменяется монотонно и слабо. 5.5. Дифракция на линзе. Длина волны = 0,8 см; Расстояние между антеннами = 200 см. Расстояние от экрана до генератора = 100 см. Расстояние от антенны детектора = 100 см; Фокусное расстояние линзы = 122 см. Полученные данные занесем в таблицу 4.9, и построю график зависимости ![]() ![]() Рисунок 5.6. График дифракции на линзе. Параллельные лучи с линзой складывались в точке M/ фокальной плоскости с сохранением прежних фазовых соотношений между ними. 5.6. Распределение поля в ближней зоне. Длина волны = 0,8 см; ![]() ![]() где, D=2R1; Расстояние от генератора до детектора = 40,0 см; Полученные данные занесем в таблицу 4.10, и построю график зависимости ![]() ![]() Рисунок 5.7. График распределения поля в ближней зоне. 5.7. Распределение поля в дальней зоне. Длина волны = 0,8 см; rm= L/2= 200/2=100; Расстояние от генератора до детектора = 100,0 см; Полученные данные занесем в таблицу 4.11, и построю график зависимости ![]() ![]() Рисунок 5.8. График распределения поля в дальней зоне. В ближней зоне процесс протекает, но ничего не изменяется, не излучается, колебательный процесс, полпериода поля как бы отрываются от излучателя, полпериода вновь возвращается. В дальней зоне будет плоская электромагнитная волна. Вывод: В данной работе проведено исследование зон Френеля. Проведены теоретические расчеты и сняты экспериментальные данные. |