电磁场与微波技术实验报告

成 绩：评阅人：电磁场与微波技术实验报告学 院 信息科学与技术学院 专 业 通信工程 姓 名 余宪 学 号 23320122204107 组 别 19 时 间 2014.10.10 实验二 电磁波通过单缝时的衍射现象1、 实验目的1. 了解电磁波衍射的基本现象2. 验证衍射定理，测试电磁波衍射强度与观测角度之间的关系3. 探讨波长与缝隙宽度之间的关系2、 实验原理（1） 实验仪器使用调整单缝衍射板的缝宽，使狭缝平面与小圆盘上的90-90刻线一致。固定臂的指针指在小平台的180刻度处。调整信号电平使数据采集仪接近满刻度。算出一级极小和一级极大的衍射角，并与实验所得比较。（注意：单缝衍射板的两面材料不同）察看三厘米固态信号源的“等幅”和“方波”档的设置，将数据采集仪的“等幅/方波”设置按钮等同于三厘米固态信号源的设置。（工作状态：“等幅”档）点击“单缝衍射实验”，会出现“建议”提示框，这是软件建议选择的“采集点数”和“脉冲通道”，单击“OK”按钮，进入“输入采集参数”界面。察看单缝宽度和微波波长（参数的单位默认为“厘米” ）， 将其值填入绘图框下方相应栏中，以便采集结束后进行计算。顺时针或逆时针（但只能沿一个方向）匀速转动微波分光仪的活动臂，随着活动臂的移动，采集点数依次增加，绘图框中实时观察信号变化。按下“计算结果”按钮,软件会将实验待求参数理论值和根据实际采集过程处理得到的参数值（2） 电磁波的衍射如图2-1所示，当一平面波入射到一宽度和波长可比拟的狭缝时，就发生衍射的现象。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，此时衍射角为 ，其中是波长，a是狭缝宽度。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 。3、 实验内容1. 查表确定各自仪器的波长度数（千分尺刻度），以及变化缝隙的宽度和波长；查表确定千分尺刻度为：3.258频率为：9GHZ计算得波长为：2. 选取适当的波长，分别测定a/=2.5、1.5时的衍射实验曲线。a/=2.5时，计算得到变化缝隙的宽度为a=8.33cm零级处最大一级极小值一级极大值即一级极小值衍射角为：94-70=24；一级极大值衍射角为：94-57=37可计算其相对误差分别为：（1） 一级极小值衍射角相对误差（2） 一级极大值衍射角相对误差a/=1.5时，计算得到变化缝隙的宽度为a=5.00cm零级处最大一级极小值一级极大值即一级极小值衍射角为：96-57=39；一级极大值衍射角为：96-8=88可计算其相对误差分别为：（1）一级极小值衍射角相对误差（2）一级极大值衍射角相对误差a/a一级极小衍射角一级极大衍射角图形理论值采集值理论值采集值2.58.3323.5631724.036.84410937.01.55.0041.75908939.087.43744388.04、 实验分析1. 在误差允许范围内，采集值与理论值一致，同时观察实验曲线，验证了电磁波通过单缝时的衍射现象一级极小/极大衍射角公式。2. 通过实验数据可以发现，随着a/减小，a减小，一级极小/极大衍射角均增大。可见，固定波长条件下，窄缝宽度a与一级极小/极大衍射角成反比，与公式一致；由于一级极大衍射角处的电磁波强度很小（在中央两侧的衍射波强度迅速减小），实验曲线看不出这个关系，但可以肯定，窄缝宽度a越小，衍射峰位置应越靠右，与衍射角增大相对应。3. 窄缝宽度a越小，通过窄缝的电磁波通量减少，条纹清晰度变差。从中央明条纹可以看出。4. 实验曲线和数据都充分验证了实验原理里描述的电磁波衍射现象。5. 此外，实验曲线的中央较平，甚至还有些振荡波形，可能是因为衍射板不够宽的缘故，不影响实验效果。6. 实验误差的主要来源：（1） 宽缝a很难取到准确的值（2） 衍射板较小，可能使接受喇叭天线直接接收到发射源信号，衍射板也无法准确地与电磁波前进方向垂直（3） 两喇叭天线是否正对并取向一致对本实验结果也有一定的影响（4） 采集过程中无法匀速转动活动臂7. 讨论衍射条纹出现的原因，分析固定波长条件下，窄缝宽度a与衍射峰值位置之间的关系答：由惠更斯-菲涅尔原理知，光波阵面上每一点都可以看做新的子波源，以后任意时刻，这些子波的包迹就是该时刻的波阵面；因此，从同一波阵面上个点发出的子波是相干波，它们在空间相遇时会产生干涉。观察屏上某点的光强取决于狭缝上各子波源到此的光程差。当光程差为半波长的偶数倍时，波峰与波谷相遇，振动相抵消，出现暗条纹