Изучение свойств электромагнитных волн микроволнового диапазона

Московский государственный технический университет
имени Н.Э. Баумана
И.Н. Алиев, Ю.Ю. Инфимовский,
А.В. Скрипкин
Изучение свойств
электромагнитных волн
микроволнового диапазона
Методические указания к выполнению
лабораторной работы по курсу общей физики
Под редакцией А.Г. Андреева
Москва
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана
2013

УДК 53.01
ББК 22.3
А50
Рецензент В.Я. Колючкин
А50
Алиев И. Н.
Изучение свойств электромагнитных волн микроволнового
диапазона : метод. указания к выполнению лабораторной работы по курсу общей физики / И. Н. Алиев, Ю. Ю. Инфимовский,
А. В. Скрипкин ; под ред. А. Г. Андреева. — М.: Изд-во МГТУ
им. Н. Э. Баумана, 2013. — 30, [2] с. : ил.
ISBN 978-5-7038-3720-7
Кратко изложена теория электромагнитного излучения. Рассмотрена методика выполнения экспериментов, приведен алгоритм обработки полученных результатов.
Для студентов 2-го курса всех факультетов МГТУ им. Н.Э. Баумана
и студентов 3-го курса факультета «Фундаментальные науки» МГТУ
им. Н.Э. Баумана.
Рекомендовано Учебно-методической комиссией Научно-учебного
комплекса «Фундаментальные науки» МГТУ им. Н.Э. Баумана.
УДК 53.01
ББК 22.3
Учебное издание
Алиев Исмаил Наврузович
Инфимовский Юрий Юрьевич
Скрипкин Алексей Владимирович
Изучение свойств электромагнитных волн
микроволнового диапазона
Редактор О.М. Королева
Корректор
С.А. Виноградова
Компьютерная верстка В.И. Товстоног
Подписано в печать 08.07.2013. Формат 60×84/16.
Усл. печ. л. 1,86. Тираж 150 экз. Изд. №6.
Заказ
Издательство МГТУ им. Н.Э. Баумана.
Типография МГТУ им. Н.Э. Баумана.
105005, Москва, 2-я Бауманская ул., д. 5, стр. 1.
ISBN 978-5-7038-3720-7
c
⃝МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2013

ВВЕДЕНИЕ
Микроволновой части спектра как одной из разновидностей
излучения присущи все свойства электромагнитных волн. В связи
с относительно большой длиной волны СВЧ-излучения исследование его свойств является часто более простым и наглядным по
сравнению с изучением аналогичных свойств электромагнитных
волн (например, видимого света).
Цель работы — изучение свойств электромагнитного излучения микроволнового диапазона, экспериментальное определение
длины волны излучения генератора СВЧ-волн, изучение стоячих
электромагнитных волн, затухания волн при прохождении через
диэлектрическую среду, исследование характеристик поляризованной при отражении электромагнитной волны, изучение туннельного эффекта СВЧ-излучения, проходящего через воздушный промежуток, и явления полного внутреннего отражения.

1. ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ТЕОРИИ
ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫХ ВОЛН
Микроволновое (или сверхвысокочастотное — СВЧ) электромагнитное излучение занимает диапазон частот от 1 до 300 ГГц,
что соответствует сантиметровой и миллиметровой длинам волн.
Указанный диапазон является условным и определяется во многих
случаях характером источников таких волн. Как видно на рис. 1,
микроволны располагаются между короткими радиоволнами и инфракрасным излучением.
Возможность существования электромагнитных волн следует
из уравнений Максвелла. Электромагнитные волны являются поперечными и представляют собой взаимно перпендикулярные колебания напряженностей электрического и магнитного полей, характеризующихся векторами ⃗
E и ⃗
H, перпендикулярными в свою
очередь волновому вектору ⃗
k, совпадающему с направлением распространения волны.
Важным случаем электромагнитного излучения является распространение плоской электромагнитной волны в однородной и
изотропной диэлектрической среде, в которой значения векторов
⃗
E и ⃗
H зависят только от координаты на оси Ох, совпадающей с
направлением вектора ⃗
k. Волновой фронт указанной волны представляет собой плоскость, причем векторы ⃗
E и ⃗
H изменяются по
гармоническому закону:
⃗
E = ⃗
E0 cos (ωt −kz + ϕ0) ;
(1)
⃗
H = ⃗
H0 cos (ωt −kz + ϕ0) ,
(2)
где ⃗
E0 и ⃗
H0 — амплитудные значения напряженностей электрического и магнитного полей соответственно; ω — циклическая
4