Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!
МегаЛекции

ЗАДАНИЕ 6. Дифракция электромагнитных волн.




 

  1. Для наблюдения дифракции электромагнитных волн соберите экспериментальную установку по рис. 11. В этой установке экран перекрывает половину рупора передатчика, диполь-диод вначале устанавливают позади экрана, но он не закрывается им. Слушают звучание принимаемого сигнала. Затем медленно перемещая диполь вдоль линии, указанной стрелкой, наблюдают, что сигнал пропадает не сразу, а только когда диполь оказывается довольно глубоко в области тени за металлическим экраном. Обнаружение электромагнитных волн за экраном говорит об их дифракции.

2. Перед рупором передатчика устанавливают два экрана так, чтобы между ними образовалась воздушная щель шириной 3-4 см (см. рис. 12).

Позади щели устанавливают диполь-диод подключенный к приемнику. Плавно перемещают за щелью диполь-диод и по звучанию громкоговорителя приемника обнаруживают центральный и один-два побочных максимума с каждой стороны щели.

3. Из двух широких и одного узкого экранов моделируют дифракционную решетку, на которую падает СВЧ излучение от генератора (см. рис. 13). Медленно перемещают за экранами диполь-диод, соединенный с приемником. По звучанию громкоговорителя отмечают, что за малым экраном звучание отсутствует, четко выражены два побочных максимума со стороны щелей.

ЗАДАНИЕ 7. Поляризация электромагнитных волн.

Для наблюдения поляризации, блок генератора и блок приемника установите напротив друг друга на расстоянии 1-1,5 м рупорами в противоположные стороны вдоль крышки лабораторного стола. Если при выключенных приборах посмотреть в рупоры, как блока передатчика, так и преемника, то можно увидеть высокочастотные диоды, расположенные в вертикальной плоскости. Эти диоды и являются соответственно, диполем излучающим и диполем принимающим. Это значит, что вектор напряженности электрического поля излучаемой генератором электромагнитной волны имеет вертикальное направление. Такое поле может перемещать заряды (вызывать ток) вдоль приемного диполя-диода, когда он расположен вертикально и не может этого сделать, когда он горизонтален. Это говорит о том, что электромагнитные волны поперечные, в них колебания вектора напряженности электрического поля происходят в одной плоскости, а вектора магнитной индукции в плоскости, перпендикулярной первой.

Устройство, выделяющие колебания, происходящие в одной плоскости, называют поляризатором. Устройство, выделяющее плоскость поляризованной волны, называют анализатором. В нашем случае диполь-диод передатчика излучает поляризованную электромагнитную волну, которую принимает диполь-диод приемника (анализатор), если они расположены в одной плоскости. Изменение плоскости анализатора, например на 90°, приводит к прекращению приема. Эти рассуждения легко проверяются опытом. Приемник и передатчик рупорами устанавливают навстречу друг другу на расстоянии 0,8-1м и воспринимают принимаемый звуковой сигнал. Далее приемник берут в руки и, не изменяя ориентации прибора, медленно поворачивают его вокруг горизонтальной оси. При этом замечают, что громкость звука постепенно уменьшается и она совсем исчезает, когда угол поворота приемника становится равным 90°.

 

По результатам выполнения каждого задания запишите ответы и сформулируйте выводы.

Выключите электрооборудование и приведите рабочее место в порядок.

Вопросы для самоконтроля

1. Каким образом можно увеличить энергию электромагнитного излучения?

2. Является ли звук электромагнитной волной?

3. Как должна двигаться заряженная частица, чтобы излучать электромагнитные волны?

4. Может ли электромагнитная волна распространяться в вакууме?

5. Приведите примеры использования электромагнитных волн различной частоты.

6. Каким образом в данной работе определяется длина электромагнитной волны?

7. От каких свойств среды зависит скорость распространения электромагнитных волн?

8. Что такое стоячая электромагнитная волна и как она образуется?

9. Запишите уравнение плоской электромагнитной волны и поясните физический смысл величин входящих в это уравнение.

10. Какая из физических характеристик электромагнитной волны не изменяется при ее переходе из одной среды в другую? Почему?

Литература

1. Физика. Учебник/И.Н. Наркевич, Э.И. Волмянский, С.И. Лобко.–Мн: Новое знание, 2004.

2. Физика. Учебное пособие/В.А. Бондарь, А.А. Луцевич, О.А. Новицкий и [др.]; Под общ. ред. В.А. Яковенко.–Мн: БелЭн, 2002.

3. Луцевич А.А. Физика: Весь школьный курс в таблицах/ А.А. Луцевич.– Мн: Юнипресс, 2010.

4. Общая физика. Практикум: Учеб. Пособие/ В.А. Бондарь и [др.]; под общ. ред. В.А. Яковенко.–Мн: Высшая школа, 2008.

5. Физический практикум/А.М. Саржевский,  В.П. Бобрович, Г.Н. Борздов и [др.]; под ред. Г. С. Кембровского. Мн.; Университетское, 1986.

6. Савельев И.В. Курс физики: Учеб.: В 3-х т. Т. 2: Электричество. Колебания и волны. Волновая оптика. − М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1989.

Приложение

Диод Ганна (изобретён Джоном Ганном в 1963 году) — тип полупроводниковых диодов, использующийся для генерации и преобразования колебаний в диапазоне СВЧ на частотах от 0,1 до 100 ГГц. Активные свойства диодов Гана обусловлены переходом электронов из "центральной" энергетической долины в "боковую", где они уже могут характеризоваться малой подвижностью и большой эффективной массой.  Диод Ганна, как правило, состоит из слоя арсенида галлия с омическими контактами с обеих сторон. Наряду с арсенидом галлия и фосфидом индия InP (до 170 ГГц) методом эпитаксиального наращивания, для изготовления диодов Ганна также используется и нитрид галлия (GaN) на котором и была достигнута наиболее высокая частота колебаний в диодах Ганна — 3 ТГц.

Активная часть диода Ганна обычно имеет длину порядка l = 1-100 мкм и концентрацию легирующих донорных примесей n = 1014 − 1016 см−3. В этом материале в зоне проводимости имеются два минимума энергии, которым соответствуют два состояния электронов — «тяжёлые» и «лёгкие». В связи с этим с ростом напряжённости электрического поля средняя дрейфовая скорость электронов увеличивается до достижения полем некоторого критического значения, а затем уменьшается, стремясь к скорости насыщения.

Если к диоду приложено напряжение, превышающее произведение критической напряжённости поля на толщину слоя арсенида галлия в диоде, равномерное распределение напряжённости по толщине слоя становится неустойчиво. Тогда при возникновении даже в тонкой области небольшого увеличения напряжённости поля электроны, расположенные ближе к аноду, «отступят» от этой области к нему, а электроны, расположенные у катода, будут пытаться «догнать» получившийся движущийся к аноду двойной слой зарядов. При движении напряжённость поля в этом слое будет непрерывно возрастать, а вне его — снижаться, пока не достигнет равновесного значения.

Такой движущийся двойной слой зарядов с высокой напряжённостью электрического поля внутри получил название домена сильного поля, а напряжение, при котором он возникает — порогового. В момент зарождения домена сила тока в диоде максимальна. По мере формирования домена она уменьшается и достигает своего минимума по окончании формирования.

Достигая анода, домен разрушается, и ток снова возрастает. Но едва он достигнет максимума, у катода формируется новый домен. Частота, с которой этот процесс повторяется, обратно пропорциональна толщине слоя полупроводника и называется пролетной частотой.

 При помещении диода Ганна в резонатор возможны другие режимы генерации, при которых частота колебаний может быть сделана как ниже, так и выше пролетной частоты. Частота генераторов на диоде Ганна определяется в основном резонансной частотой колебательной системы с учетом емкостной проводимости диода и может перестраиваться в широких пределах механическими и электрическими методами.

Срок службы диодов Ганна относительно мал, что связано с одновременным воздействием на кристалл полупроводника таких факторов, как сильное электрическое поле и перегрев кристалла из-за выделяющейся в нем мощности. Диоды Ганна, работающие в различных режимах, используются в диапазоне частот 1-100 ГГц. В непрерывном режиме реальные генераторы на диодах Ганна имеют КПД порядка 2-4% и могут обеспечить выходную мощность от единиц мВт до единиц Вт. Но при переходе в импульсный режим КПД увеличивается в 2-3 раза.

Поделиться:





Воспользуйтесь поиском по сайту:



©2015 - 2024 megalektsii.ru Все авторские права принадлежат авторам лекционных материалов. Обратная связь с нами...