Упражнение 4. Дифракция микроволн на узкой щели в плоской проводящей поверхности

Дифракция волн - это любое отклонение при распростра­нении волн от законов геометрической оптики.

Так как в электромагнитной волне имеются электрическая и магнитная составляющие, то после щели можно рассматривать два типа полей.

1. Поле первого типа возникает, когда электрическая состав­ляющая параллельна щели. Благодаря наличию проводящей по­верхности электрическое поле будет равно нулю для , чему отвечает поле излучения:

. (5)

2. Поле второго типа возникает, когда магнитное поле параллельно щели. В этом случае поле излучения определится формулой

. (6)

Получим формулу для рас­чета напряженности элек­трической составляющей элек­тромагнитного поля в любой точке пространства за широкой щелью. Рас­стояние от линейного источника в щели до равно

, (7)

тогда

. (8)

В формулах - координата источника в щели. Электрическое поле в точке

. (9)

Уравнение (9) упрощается, если расстояние от щели ве­лико по сравнению с ее шириной . Тогда угол очень мало ме­няется вдоль щели и существенным является лишь изменение фазы. В таком приближении получаем

. (10)

Интегрируя и упрощая это выражение, имеем окончательно:

. (11)

Детектированный сигнал будет пропорционален .

Задание

1. Измерьте зависимость показаний микроамперметра детек­тора микроволн от угла поворота приемника влево и вправо от­носительно центра дифракционного максимума нулевого поряд­ка.

2. Постройте в полярных координатах эту зависимость и сде­лайте выводы о совпадении экспериментальной и теоретической кривых.

Методика и техника эксперимента

1. Установите излучатель справа от щели на конце неподвиж­ной скамьи, детектор слева от щели на дальнем конце подвижной оптической скамьи и направьте его рупором к рупору излучателя.

2. Нажмите клавишу НГ и ЧМ. Вращением ручки “Выход ” отрегулируйте показания микроамперметра детектора.

3. Установите рупоры так, чтобы микроамперметр показывал максимальное значение тока при установленном положении руч­ки “Выход ”.

4. Установите в центре платформы металлический экран с прорезанной щелью.

5. Измерьте, медленно поворачивая детектор вокруг центра щели, диаграмму излучения. Измерение тока необходимо провес­ти не более чем через (особенно тщательно в местах мини­мальной интенсивности излучения).

6. Запишите в рабочую тетрадь значения углов поворота (вле­во и вправо от центра центрального максимума) и соответствую­щие им значения тока.