Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
показано на рис. 16. Параллельно приемнику следует включить индуктивность в 25 мгн, чтобы уменьшить фон переменного тока на осциллографе.
Так как преобразователи являются частично отражающими, звуковой путь L на рис. 16 может быть резонансным. Так же, как и при передаче микроволн через пару пластин с пазами, можно ожидать максимума связи, когда длина пути удовлетворяет соотношению
*-=тЛ=^- (4,)
Изучая зависимость величины принимаемого сигнала от длины
*) W. J. R h е i n, American Journal of Physics 31, 809 (1963); J. Strong, Concepts o! Classical Optics, W. H. Freeman and Co., San Francisco, 1958.
J 73
пути ?, можно определить длину волны X. Вычислите скорость звука. Скорость звука в газе дается уравнением
и^УуР1Р* (42)
где Р — среднее давление, р — средняя плотность и у — отношение удельной теплоемкости при постоянном давлении к удельной теплоемкости при постоянном объеме. Для идеального газа мы имеем 7=5/3 и Р1о=НТ1М, где 7? — универсальная газовая постоянная, Т — абсолютная температура и М — молекулярный вес. Таким образом, мы можем переписать выражение для скорости звука в виде
и = УЫ1Т/ЗМ. (43)
Сколь малые изменения комнатной температуры вы можете обнаружить, производя тщательные измерения длины волны?
Работа 2.11. ПОЛЯРИЗАЦИЯ МИКРОВОЛН
В Р.2.10 мы изучали распространение микроволн в канале, причем электрическое поле микроволн было параллельно боковым пластинам. Прежде всего заметим, если мы распространяем микроволны при электрическом поле, нормальном к боковым пластинам,
то длина волны в волноводе не изменяется. Чтобы произвести это измерение, поверните как передающий, так и принимающий рупоры таким образом, чтобы электрическое поле микроволн было горизонтально. Необходимо будет также повернуть пластины с пазами так, чтобы проводящие полосы были горизонтальными. Теперь вставьте боковые экраны, как показано на рис. 1, и проверьте, что длина волны в волноводе "к не зависит от величины а. Из предыдущего измерения можно заключить, что возможно распространение плоской электромагнитной волны между парой параллельных пластин, когда электрическое поле нормально по отношению к ним. Такие колебания являются в действительности как раз тем видом колебаний, с которым мы имели дело в Р.2.8 (ленточная линия).
Мы замечаем далее, что приемный рупор может быть использован в качестве анилизатора поляризации. Это возможно отчасти потому, что высота волновода близка к 1 см, т. е. значительно меньше, чем длина волны в свободном пространстве, которая составляет от 3,1 до 3,5 см. Кроме того, положение микроволнового кристалла в центре волновода обеспечивает детектирование только микроволнового электрического поля, нормального к короткому отрезку
174
волновода. Ориентируйте приемный рупор таким образом, чтобы он оказался нормальным к передающему рупору, и заметьте отсутствие какого-либо детектируемого сигнала. Какой величины сигнал можно ожидать, если приемный рупор будет находиться под углом 45° к передающему рупору (рис. 2)? Мы можем ожидать распространения по приемному волноводу только вертикальной компоненты электрического поля. Таким образом, мощность, достигающая детектора, должна уменьшаться наполовину. Для низкой
входной мощности кристалл У \^ .-—.
работает в области «квадра- Лг------/--------т
тичного закона», т. е. детек- / Л. / 1
тированное микроволновое / ------------
напряжение пропорционально \. / квадрату микроволнового по- \у/ ля. При более высоких уровнях мощности детектированое Рис* 2-микроволновое напряжение
приближается к линейной функции поля. На рис. 3 показано напряжение в разомкнутой цепи типичного микроволнового диода как функция входной мощности.
В этом эксперименте нас будет интересовать получение микроволн круговой поляризации путем использования анизотропного распространения микроволн в канале. Для того чтобы получить эллиптически поляризованную "волну, ориентируйте рупор передатчика под углом 45° к вертикали, тогда электрическое поле будет наклонено под углом 45°(рис. 4). Как распространяется микроволновое поле в этом случае? Пока боковые экраны дают хорошее отражение, мы можем разложить микроволновое поле на две компоненты — вертикальную компоненту
V /0
(1)
175
и горизонтальную компоненту
Ех — r!_ Е„ cos( (at—^ z
г::е Я и Я0 связаны выражением
(2)
(3)
На рис. 5 изображены Ех и Е„ как функции г для некоторого момента времени. Заметьте, что благодаря большей длине волны
Еу две волны находятся в противо-фазе при г~Ь. Разность фаз между двумя волнами
(4)
Рис. 5.
Когда две волны сдвинуты по фазе точно на 90°, результирующее электрическое поле вращается таким образом, что его вектор движется по окружности, как показано на рис. 6, а. Когда фаза сдвинута на 180°, результирующее электрическое поле начальному полю, как видно из
нормально по отношению к рис. 6, б.
Изменяйте расстояние между парой экранов до тех пор, пока интенсивность получаемого сигнала не станет независимой от ориентации приемного рупора. Сравните полученное расстояние с тем,
