9585_ТокаевАС_ТЭМП_ЛР1. Исследование характеристик электромагнитных волн и параметров веществ с помощью интерферометра майкельсона
 Скачать 211.88 Kb.
|
|
МИНОБРНАУКИ РОССИИ Санкт-Петербургский государственный электротехнический университет «ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина) Кафедра Электроакустики и ультразвуковой техники отчет по лабораторной работе №5 по дисциплине «ТОЭ» Тема: исследование характеристик электромагнитных волн и параметров веществ с помощью интерферометра майкельсона
Санкт-Петербург 2021 Цель работы. Цель работы: исследование явлений интерференции, дифракции и поляризации электромагнитных волн. Основные теоретические положения Схема интерферометра приведена на рис. 5.2,  где:G – СВЧ генератор с блоком питания;  – излучающая рупорная антенна; З – полупрозрачное зеркало (лист из диэлектрика);  – подвижное металлическое зеркало; В – винт для его передвижения;  – неподвижное металлическое зеркало;  – приемная рупорная антенна, соединенная с детектором и милливольтметром U; Л – лимб со шкалой в градусах, по которому можно передвигать приемную антенну;  и  – плечи интерферометра. Рупорная антенна , питаемая от СВЧ генератора через волновод прямоугольного сечения, излучает монохроматическую линейно поляризованную волну ,где  – амплитуда волны;  – фаза волны ( – волновое число воздуха;  – направление распространения волны). Полупрозрачное зеркало, когда нормаль к нему образует угол  с направлением распространения падающей волны, разделяет ее на две волны с равными амплитудами.Одна волна движется вдоль плеча и, отразившись от зеркала , возвращается обратно. Вторая волна совершает аналогичный путь вдоль плеча .Первая волна, отразившись от зеркала  , и вторая волна, пройдя сквозь него, поступают с практически равными амплитудами в приемную антенну .Так как волны когерентные, т. е. разность фаз между ними не зависит от времени, то напряженность электрического поля в приемной антенне определяется результатом их интерференции и будет пропорциональна:   ,где  – разность фаз двух волн. Она возникает из-за различных длин плеч интерферометра. Так как каждая из волн проходит вдоль соответствующего плеча дважды, то .Напряжение U, измеряемое милливольтметром после детектирования принятого сигнала, пропорционально мощности результирующей волны:    +  =  (5.4)Таким образом, U – периодическая функция разности длин плеч с периодом  Если, вращая винт B, передвигать зеркало и тем самым изменять плечо , то можно построить график  . В соответствии с (5.4 ) расстояния между соседними максимумами или минимумами на этом графике равны Если на пути волны, движущейся вдоль плеча , поставить лист толщиной h из материала, диэлектрическую проницаемость которого необходимо измерить, то разность фаз двух волн в приёмной рупорной антенне изменится на величину где  – показатель преломления контролируемого материала. При этом изменение фазы будет равняться удвоенному набегу фазы в листе диэлектрика за вычетом удвоенного набега фазы на протяжении вытесненного им воздушного слоя той же толщины. Поэтому на новом графике максимумы и минимумы  сместятся на величину  . Отсюда найдем диэлектрическую проницаемость контролируемого материала . (5.5 )С  помощью радиоволнового аналога интерферометра Майкельсона можно исследовать структуру дифракционных полей и характер поляризации волн, излучаемых антенной. Установим вместо полупрозрачного зеркала металлический экран с двумя щелями так, чтобы нормаль к экрану совпадала с осью излучающей антенны.Тогда на экран будет падать практически плоская волна. В этом случае по принципу Гюйгенса щели можно считать источниками когерентных волн. В результате их интерференции в приемной антенне (рис. 5.3) напряженность электрического поля результирующей волны равна   . (5.6)Геометрическая разность хода волн  ,где a – ширина щели; d – расстояние между щелями. В первом приближении в знаменателях амплитуд можно положить  В фазах волн этого сделать нельзя. Тогда из (5.6) следует:  Напряжение U, измеряемое милливольтметром и равное    , (5.7)является периодической функцией  .Поляризация электромагнитной волны определяется поведением вектора напряженности электрического поля по мере ее распространения. Волна называется линейно поляризованной, если вектор  , изменяясь во времени, остается параллельным некоторому направлению, которое и является направлением поляризации волны.В интерферометре рупорная антенна излучает, а аналогичная антенна принимает линейно поляризованные волны. Поэтому, если направление поляризации приемной антенны образует с направлением поляризации излучающей антенны угол θ, а напряженность электрического поля излученной волны , то  . Напряжение U, измеряемое милливольтметром, равно: . (5.8)При  направления поляризации антенн параллельны, при  – скрещены.Обработка результатов: 1. Схема для исследования структуры дифракционного поля от экрана с двумя щелями; кривая измерений дифракционного поля. С  хема установки
Кривая измерения дифракционного поля  2. Теоретическая кривая  (5.8) и экспериментальная кривая, построенные на одном графике.Экспериментальные значения получить не удалось, но теоретически эта кривая имеет вид  3. Рассчитаем длину волны и диэлектрическую проницаемость контролируемого материала (герметик, толщина 4 мм).
 5. Кривые  на одном графике.
 Определим длину волны. Расстояния между минимумами или максимумами такого графика равны 
 Вывод В результате лабораторной работы, для интерференции 2 щелей получена кривая измерений дифракционного поля, которая с увеличением угла начинает уменьшатся. Исследуя интерференцию электромагнитных волн, был построен график , по которому найдена длинна волны  .Из-за старой установки, не удалось получить экспериментальные значение по поляризации электромагнитной волны, и интерференции при прохождении волны через диэлектрик | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
мм
, мм