93 (47)

Piotr Ziobrowski

13. Wyznaczanie rozkładu natężenia pola mikrofalowego podczas interferencji i dyfrakcji

Cel ćwiczenia

Wyznaczenie rozkładu natężenia pola mikrofalowego podczas interferencji i dyfrakcji oraz długości fali z eksperymentalnego wykresu rozkładu pola podczas interferencji.

Wprowadzenie

Mikrofale są to fale elektromagnetyczne o długości od 1 mm (częstotliwość 300 GHz) do około 30 cm (1 GHz). Są to najkrótsze fale spośród fal radiowych. Krótkofalową granicę zakresu mikrofal stanowią fale podczerwone. Istnienie promieniowania mikrofalowego przewidział James Clerk Maxwell w 1864 roku. Rozwój techniki i teorii mikrofal nastąpił w latach 30. XX wieku w okresie prac nad radarami. Do generacji mikrofal stosuje się specjalne lampy elektronowe (kli-strony, magnetrony), masery (wytwarzają spójną wiązkę promieniowania mikrofalowego) oraz generatory półprzewodnikowe.

Interferencja i dyfrakcja mikrofal

Mikrofale, będące falą elektromagnetyczną, podobnie jak wszystkie typy fal podlegają zjawiskom interferencji i dyfrakcji. Wiadomości o tych zjawiskach są podane w rozdziale 17.

Natężenie fali w zjawisku interferencji

Rozpatrując interferencją na dwóch szczelinach stanowiących źródła dwóch spójnych fal elektromagnetycznych, załóżmy, że składowe pola elektrycznego obu fal w punkcie C (rys. 17.3 w rozdziale 17) zmieniają się następująco:

(13.1)

(13.2)

JĘ = E₀ sin ot,

E₂ = E₀ sin(ó)/ + ę),

gdzie Q)= 271 v/jest częstotliwością kołową fal, a kąt <p różnicą faz między nimi.

Przyjmując, że ę zależy od położenia punktu C, a tym samym od kąta a, natomiast Eo nie zależy od a (szczeliny są dostatecznie wąskie), otrzymamy, że wypadkowe pole elektryczne w punkcie C

(13.3)

E = E_] +E₂.

Podstawiamy równania dla obu fal i obliczamy pole wypadkowe:

E = E₀ sincot + E₀ sin(ćyt + (p)-2E₀ cos(ę>/2)sin((ot + <p/2)    (13.4)

lub