微波布拉格衍射

实验内容：

1、微波源基本特性观测

旋转调谐杆旋钮，改变频率，观察输入电流变化，了解固态微波信号源工作原理；改变接收喇叭短波导管处的负载与晶体检波器之间的距离，观察阻抗不匹配对输出功率的影响；也可改变频率，固定负载与晶体检波器之间的距离，观测频率的变化对输出功率的影响。

2．微波的反射

将金属板平面安装在一支座上，安装时板平面法线应与支座圆座上指示线方向一致。将该支座放置在载物台上时，支座圆座上指示线指示在载物小平台0o位置。这意味着小平台零度方向即是金属反射板法线方向。转动小平台，使固定臂指针指在某一角度处，这角度读数就是入射角，然后转动活动臂在液晶显示器上找到一最大值，此时活动臂上的指针所指的小平台刻度就是发射角。如果此时电表指示太大或太小，应调整衰减器、固态震荡器或晶体检波器，使表头指示接近满量程。做此项实验，入射角最好取30度至65度之间，因为入射角太大接收喇叭有可能直接接收入射波，同时应注意系统的调整和周围环境的影响。

3、布拉格衍射

实验中两个喇叭口的安置同反射实验一样。模拟具体球应用模片调得上下应成为一方形点阵，各金属球点阵间距相同。模拟晶片架上的中心孔插在一专用支架上，将支架放至平台上时，应让晶体的中心轴与转动轴重合。并使所研究的晶面（100）法线正对小平台上的零刻度线。为了避免两喇叭之间波的直接入射，入射角 取值范围最好在30度到60度之间，寻找一级衍射最大。

数据分析：

1、微波源基本特性观测

a)由实验观测结果知，随着功率的增大，接收到的信号越强

b)随着入射波频率的增大，接收到的信号先强后弱。

当入射波频率达到接收器接受器件的固有频率时，信号达到极大值。所以接收到的信号

强度会先强后弱。

2、微波的反射（金属板）

实验数据如下表：

表1. 微波的反射角度测量实验数据

以入射角为x轴，反射角为y轴，输入到origin里，做出图像如下：

反射角（°） [2008-11-3 11:50 "/Graph1" (2454773)]

Linear Regression for Data1_B:

Y = A + B * X

Parameter Value Error ---------------------------------------- A -0.75084 0.88581

B 1.03524 0.0184

----------------------------------------

R SD N P

----------------------------------------

0.99748 0.81018 18 <0.0001 ---------------------------------------- 图1. 微波反射定律的验证

由origin 数据得： 直线斜率B=1.04±0.02，相对误差为1.9% 相关系数r =0.99748 又在origin 里，对Δθ进行统计得：

Δθ=0.91±0.20，相对误差为21.9% 小结： 该实验从整体上看，即直线斜率B 近似为1，且误差较小。但从个体上看，即对Δθ进行统计，发现该实验的误差还是较大，即入射角与反射角的偏差较大。不过整体来说，基本验证了反射定律。 从实验数据上来看，误差较大的情况出现在34°以下，52°以上。这可能是因为过大或过小的入射角由于反射不够充分所致。并且从接下来的微波布拉格衍射实验情况看来，误差绝大部分来自于过大或过小的入射角。

有一种说法是由于声波或其他波导致实验出现误差，个人认为不是很正确。因为声波波长大多都是在1-2m 左右，红外线波长最大为1mm ，而本实验使用的微波波长大约为4cm ，对本实验的影响近似可以忽略。 3、微波布拉格衍射

实验数据如下表：

表2. 微波布拉格衍射实验第一组数据

表3. 微波布拉格衍射实验第二组数据

以入射角为x 轴，信号强度U 为y 轴，对以上数据进行连点，如下图

图2. 微波布拉格衍射连点图

由图观察，第一组数据一级衍射最大处在入射角为39°，散射角为39.1°，对应的信号强度U 为11.9mV ；第二组数据一级衍射最大处在入射角为39°，散射角为39.1°，对应的信号强度U 为11.0mV 。

由公式2cos ,d βκλ= 联系本实验结果令1,2κ=L 1。即λ=2dcos β。其中d=3cm ，cos β应为入射角和

散射角的平均值。

第一组数据： λ1 = 2×3×(cos39°+ cos39.1°)/2 cm = 4.66cm

第二组数据： λ2 = 2×3×(cos39°+ cos39.1°)/2 cm = 4.66cm 得：微波的波长λ= 4.66cm 由该实验两组实验数据对比看来，误差主要出现在33°36°60°这三个数值中，可能是因为入射角较大或较小导致。而且由于接收喇叭松动，稍微扭转一个角度就会使实验数据变化很多，因此我们做了两组实验，尽量减小误差 4、补充实验1：玻璃板的反射

表4. 微波的玻璃板反射角度测量实验数据

以入射角为x 轴，反射角为y 轴，输入到origin 里，做出图像如下：

[2008-11-3 12:11 "/Graph4" (2454775)]

Linear Regression for Data1_I:

Y = A + B * X

Parameter Value Error ------------------------------------- A 2.55504 0.90971

B 0.92838 0.0189

-------------------------------------

R SD N P

------------------------------------- 0.9967 0.83205 18 <0.0001

-------------------------------------

图3. 玻璃板反射定律验证图