Khóa luận tốt nghiệp Sư phạm Vật lý: Triển khai sử dụng bộ thí nghiệm khảo sát sóng vi ba của phòng thí nghiệm vật lý đại cương nâng cao

khúc xa, hấp thụ cũng như những ứng dụng vả tác hại của sóng viba trong cuộc sông là những van đẻ cần thiết và mang ¥ nghĩa thực tiền Hộ thí nghiệm khảo sát sóng Vị ba của phòng thí nghi

Lay 14C

BỘ GIÁO DỤC VA ĐÀO TẠO

TRUONG ĐẠI HỌC SƯ PHAM THÀNH PHO HO CHÍ MINH

KHOA VAT LÝ

CAO HOANG SON

TRIEN KHAI SỬ DỤNG BO THÍ NGHIEM KHAO SÁT

SÓNG VI BA CUA PHONG THÍ NGHIỆM VAT LÝ ĐẠI

CƯƠNG NÂNG CAO

Ngành : SƯ PHAM VAT LÝ

NGƯỜI HƯỚNG DAN KHOA HỌC :

TS NGUYÊN LÂM DUY

LỜI CAM ƠN

[rong thời gian thực hiện luận van, em da gap rất nhiều khó khăn thách thức trong

công việc từ van đẻ vẻ thời gian làm việc đến những lỗ hồng vẻ kiến thức chuyênmôn và những hạn chẻ trong thao tác ki nang lam thực nghiệm Dé vượt qua đượctat ca những điều ay ngoai sự cô gang nỗ lực của ban thân không thẻ không kẻ đến

sự quan tâm giúp đờ của những người xung quanh mình.

[rước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất đến thay hướng dẫn - TS

Nguyễn Lâm Duy, khoa Vật Lý trường Dai học Sư phạm Tp Hỗ Chi Minh, đã tận

tâm hướng dẫn giúp đỡ và tạo mọi điều kiện thuận lợi cho em Những yêu cẩu cao

cùng với sự nghiêm khắc cua thay trong công việc chính là nguồn động lực thúc đây

em hoán thành bài luận van nay

Em cũng chân thành cam ơn anh Tran Dang Bao An va bạn Nguyễn Huỳnh Duy

Khang đã hết long nhiệt tinh giúp đỡ em trong công việc thực hiện luận van và có

những đóng góp quý báu cho dé tải

Mặc dù em đã cô gắng rất nhiều đẻ thực hiện đẻ tải một cách hoàn chỉnh nhất Song

do lần đầu làm quen với công tác nghiên cứu khoa học và những hạn chế vẻ mat

thời gian cũng như những hạn chế vé mặt kiến thức và kĩ năng nên khó tránh khỏi

những sai sót kính mong nhận được sự thông cảm vả những góp ý giúp đỡ từ quỷ

thay cô

Tp Hỗ Chi Minh, ngày 22 tháng 04 năm 2015

Sinh viên thực hiện

Cao Hoang Sơn

Luận văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

Chương 1 - TONG QUAN VE SÓNG VI BA .ccccssvecvsssessecrecsvsseeeverseseeseeseververeers 8

I.1 Sông vibeyA sự bức xu điện (¿cc2G0022221:2⁄264(0/G0 2122000420102 8

1.2 Lịch sử hinh thành và sự phát triển cua sóng viba ó 2-52 s+c<s~- 9

DS N0 SIO acke°eodessedibesoGeeeseeeseeeeeaeaenee II

1.5 Anh hưởng của sóng viba đến sức KhOe con người . 5-5- 12

1.6 Thang sóng Vi ba Ăn 12

17: Eye ke) | Se acne en ESD YO HOSREOOTE ERE I 13

I7 ‘Ding 62 nung néngencsc cee a es 13

1.7.2 Ding trong thông tim liên lạc:: ‹ c - -0/2i-— c.cccc 13

1.7.3 Hệ thống Radar (Radio Detection and Ranging) - 14

2.2.1 Kháo sát tính chất chùm sóng viba phát ra 5525-5555: 19

2.2.1.1 Khảo sát cường độ sóng phat ra theo khoảng cách 19 2.2.1.2 Khao sát cường độ sóng phát ra theo góc 2 2.2.1.3 Khảo sát tính phan cực của sóng viba 23

đc (KD SII.SW DI Bed perature peer rey ener: ere eter 27

22.3 KAO SOUS KHÍCXã4-‹ cccoosiosoiiirsuokaGtccoztestezadfohllaodidddia 29

Pe CEO U(DOR.IMVICHIODseseeeteoeeorreeoereseaioieeiasetessoesngy«ee 32

Luận văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

Chương 3 - BÀI THÍ NGHIỆM SỬ DUNG BỘ VI SÓNG 36

BÀI THI NGHIỆM SỐ 1

KHAO SÁT TINH CHAT CUA CHUM SONG VI BA 555- 36

BAI THÍ NGHIEM SO 2

KHAO SAT TINH PHAN XA VÀ KHUC XA CUA CHUM SONG VIBA 49

BAL THI NGHIEM SO 3

KHAO SÁT HIEN TƯỢNG GIAO THOA MICHEI.SON Š7

KẾT LUẬN VÀ KIEN NGHkkS26626 ác ee 63TÀI: LIEU THAM KHÁI 6G 6c 02600áGG0á0012G2iG202-ã6606G6a 64

Luan văn tốt nghiệp Cao Hoang Sơn

DANH MỤC HINH ANH

[]Ii/1,Í550N0 AED GE scsesenesensseoaeecoreeeas00045006s6s60egyv00064310690001004 04000063 9

tinh 1:3: tnesClbrk IMRXWE C0606 hd 66c xe ii26ects10606564102ss 10 tị[nN:1:3: Thang:sông GIỆn H261 0G0â0100010120G53ï/0241000288140G1010ê5361ê 10

Hinh 1.4 Thiết bị phât sóng vi ba Magnetron -22- 522 2s vs22zscczzgzzscce 12

Hinh 1.5 Hệ thông truyền phât thông tin qua vệ tinh ( hình anh lay từ NASAJJPL

-CRNEEHT SG) 20 XI G0 VGSRESECGEGESLPGGSSEXGIC4G2300f%ES2G0S4406c2X6Stiaittsse 14

Hinh 1.6 Mô hinh hệ thống thông tin vệ tinh trong dĩ tim va cứu hộ SARSAT.

(hinh ảnh lay từ NOAA — SARSAT) 2.2 s2 S2Scz Sex crcerzerxretrxerccecresececee 14

RiifRR.2:4-010:0010 CAN 1Ề1001001fLsseessesseseeeneeeeseaeereseneeeoeebeaneseesesernekessssrseoeeỷ 18

Hinh 2.2 Dau phât va đđu thu được kĩt nói va bộ điều khiĩn trung tđm va đồng hồ

DRSz4(2608x0(x60VA90%4(0422+xSAđ1/1Sox00t%uxiiti@it(iewipôttdexuvwa 19Hinh 2.3 Dau phat va đầu thu được bẻ tri thang hăng nhau 20

Hinh 2.4 Đỏ thị biíu diĩn sự phụ thuộc của điện thĩ theo khoảng câch 20

Hình 2.5 Đỏ thị sau khi fit theo hăm y = BD sraxscryiois cvacoaveneeeennas puracneacecsanepeeencend 21

Hinh 2.6 Dĩ thị sau khi fit theo hăm y = KbềGGitêit008800400G0200668ăigigi) 21

Hình 2.7 Thi nghiệm khảo sat cường độ sóng phât ra theo góc 22

Hình 2.8 Đă thị biểu điển sự phụ thuộc của điện thĩ theo góc xoay 23

Hinh 2.9 Bo trí thi nghiệm xâc định tinh phđn cực của sóng vi ba 24

Hình 2.10 Đầu phât vă dau thu xoay đi một góc giống nhau Seer 0¿ xua -25Hình 2.11 Đầu phat sóng sau khi được lắp bang đo độ - 55 25Hình 2.12 Đă thị biểu thị sự phụ thuộc của điện thĩ theo góc xoay của bản phđn

CƯ B2) 002021001 66G dâ600i) eects 130661044 Slate hens Sd pesca aioe setae baa 26

Hình 2.13 Phuong phđn cực của sóng viba ects eee eaten 27

Hinh 2.14 Khảo sât sự phản xạ của sóng Vi ba coi 28

Hinh 15: Cúc (1.vă nề NHĂ VĂ «cecceeeainnoeiieeneiooeeenieeeooraaoeei 28 Hình 2.16 Đường đi của tia sâng khi qua lăng kính < 30

Hinh 2.17 Sóng vi ba bị khúc xạ qua khối parafin -52555<cSsu 2s 31Hình 2.18 Bỏ trí thí nghiệm giao thoa Michelson - (5555555565555, 33

Hinh 2,19; Giao thoa Michelson svvcesiissincssccsscessasisovccsveisnesessiviursavoenerestsvnceteseeseessoesess 34

Hinh 2.20 Dĩ thị biĩu diĩn mối quan hệ giữa tin hiệu cực đại thu nhận được va vị

trícủa:đầu tu SÔNG ete oss a ee eee 34

Hinh 3.1 Thí nghiệm khao sât cường độ sóng phât ra theo khoảng cach 38

Hinh 3.2 Bộ điều khiín trung tđm vă đông hỗ đo điện 2 S22 217220 39

Hình 3,3 Dau phât va đầu thu đặt thang hăng 22 5552225 202252 cvssccce 41

a

Luan văn tốt nghiệp Cao Hoang Sơn

Hình 3.4 Cô định dau phát xoay đầu thu 1 góc 9 -522-55cccvceccsee 42

Hình 3.5 Xác định tinh phân cực của sóng vi ba à-Scceieeeieeeee 44 Hình 3.6 Khảo sat tinh phân cực của sóng vi ba 46

Hình 3.7 Dau phát và đầu thu được xoay đi một góc giống nhau 47Hình 3.8 Bồ trí thi nghiệm khảo sát sự phan xạ sóng ŠÌ

Hinh 3.9 Xác định góc tới va góc phản xạ à 5 SH zsecee 52

Hinh 3.11 Đường di của tia sang qua lãng kính 5S ssx sex reereesee 54

Hinh 3 ZS Ae Ca OS CCE LD asia sua day bnysan „ao: 005g) aapsethion (smpaddut eases AO Hinh 3.13 Sơ đỗ giao thoa Michelson c 0csc.ccccscssescesesssessesscssssnecsvessnessseesscaneeene 57 Hình 3.14 Bỏ tri thi nghiệm giao tha MGHEMONL2)62.60)0624010/20220026212022ï 60

Hình 3.1S Đô thị biêu diễn mỗi quan hệ giữa khoảng cách và số cực đại 61

Luan van tot nghiép Cao Hoàng Son

DANH MỤC BANG BIEU

Đăng: I.1‹ Phần LORE sóng về BG se seeeesesiseiiaenanenietnhig/4 0156 (n0 echia0idaansee 13

Bang 3.1 Bang giá trị góc phan xạ r va cường độ tin hiệu thu được 29 Bảng 2.2 Bảng gid trị góc lệch D và góc ló iạ co eiede 31

Bảng 2.3 Bang giả trị góc ra nh 1111 exeg 32

B8 f&74,.00NG 0IÌ B1 RMESIEEseeesseneioeeeesseneeeeiosesoioosee TẾ Bang 3.1 Bang giả trị cường độ tín hiệu thu nhận được theo khoảng cách 39 Bang 3.2 Bảng giả trị cường độ tin hiệu thu nhận được theo góc xoay 42 Bảng 3.3 Bảng giá trị cường độ tín hiệu thu nhận được theo góc xoay của đâu thu

5ẤYSIESĐ51 td⁄635/110/6s6530335863/63/5%8.301A08911f6oss5yy5 23 @sEšs)4Wd3254 tibsá62gggy21604284665106614875140i93v124 cide | Winn 44

Bang 3.4 Bang gia trị cường độ tin hiểu thu nhận được theo góc xoay của ban phan

Cực: eats (2206360565 b3l611G1Q+1yAvkett(\(03iA5063(04G (0 XcSÀi164G2x22cd 47

Bang 3.5 Bang giá trị góc phản xạ r va cường độ tin hiệu thu nhận được 52 Bang 3.6 Bang giá trị góc lệch D và góc ló ì; -e 88

Bằng: 3:7: Bảng Qik trị ChiẾt suất Bị ccccoikccic-se<c 0200 66<6600066016406001066140256,6) 55

Bang 3.8 Bang giả trị vị trí xuất hiện tin hiệu cực dai oo ccc cccsesceseenneesenseeene 60

— -R-R-R-ễs-Ỷ-.-Ỷ-.rỶ-.-ễ-sễỶ-sỶ-Ỷễi]FỶc.Ỷ.ỶïỶễỶễằễz.-Ỷ-Ỷẳễy-.y‹c.-.-Ỷễ-Ỷ-Ỷ-.ỶễỶễ-ễỶễ-Ỷ-.ẹ.sraằ->-œ

Luận văn tot nghiệp Cao Hoang Sơn

MO DAU

Sóng vi ba hiện nay có rat nhiều ứng dung trong cuộc sông cũng như trong nghiên

cửu khoa học ki thuật đóng một vai trò vô củng quan trọng Việc khảo sat, nghiên

cứu những tính chất của sóng Viba như sự phản xạ khúc xa, hấp thụ cũng như

những ứng dụng vả tác hại của sóng viba trong cuộc sông là những van đẻ cần thiết

và mang ¥ nghĩa thực tiền

Hộ thí nghiệm khảo sát sóng Vị ba của phòng thí nghiệm Vật Ly Dai Cuong Nâng

Cao là bộ thí nghiệm hoàn toàn mới chưa từng được triển khai trong day học thi

nghiệm cho sinh viên Từ trước đến nay khi học vẻ sóng điện tử, sinh viên chủ yeu

tiên hanh các thí nghiệm khao sát tính chất cua sóng ánh sáng nhìn thấy được mà

chưa cỏ bai thí nghiệm nao về khảo sát sóng vi ba củng 14 một dang sóng điện tir

tương tự như anh sang Do do day la hướng nghiên cut mới.

Với mục tiêu chính là nghiên cứu khảo sát tính chat của bộ thi nghiệm tao sóng vi

ba va biển soạn các bai thí nghiệm vật lý nâng cao cho sinh viên, em đã chọn đề tải ;

*TRIÊN KHAI SỬ DUNG BỘ THÍ NGHIỆM KHẢO SÁT SÓNG VI BA CUAPHÒNG THÍ NGHIỆM VẬT LÝ ĐẠI CƯƠNG NÂNG CAO"

Luận văn gôm ba nội dung chỉnh :

CHUONG | : TONG QUAN VE SÓNG VI BA

CHUONG II : KHAO SÁT BỘ THI NGHIỆM VI SONG

CHUONG III: BÀI THÍ NGHIEM SU DUNG BỘ VI SONG

Hi vọng rằng bai luận văn nay sẽ được xem như một tai liệu đề sinh viên tham khao,

nắng cao kiến thức vả có thé vận dụng đẻ tiến hảnh thi nghiệm thực tiễn

DS

Luận văn tot nghiệp Cao Hoang Sơn

Chương 1 - TONG QUAN VE SÓNG VI BA

1.1 Sóng viba và sự bức xạ điện từ

Sự bức xạ điện từ là một dạng phát xạ năng lượng dưới dạng sóng truyền đì

với vận tốc ánh sáng trong đó điện trường và từ trường đao động vuông góc với nhau va vuông góc với phương truyền sóng Phương truyền sóng điện từ được the

hiện như tren hình 1.1

[huyẻt điện từ lần đầu tiên được James Clerk Maxwell ( hình 1.2) công bố

vào ngày 8 tháng 12 năm 1864 trước Hiệp hội khoa học Hoang gia Luân Đôn trong

nhiều nam sau đó công trình " Li thuyết động lực học của trường điện từ” được xuất

ban trên Ki yếu Triết học của Hiệp hội khoa học Hoang gia Luân Đôn Trong tácpham gốc của minh, Maxwell đề cập đến 20 phương trình toán học chứa 20 biên số

nêu lên mỗi quan hệ giữa điện va từ Vi tinh chất phức tạp toán học của nỏ ma saunảy Heaviside đã đơn gián hóa thành 4 phương trình trường điện tử (còn gọi là bến

phương trinh Maxwell) Trong tác phâm nảy Maxwell đã viết [2]:

* Lý thuyết ma tôi để nghị có thẻ coi là lý thuyết Trường điện từ Vì rằng no nghiên cứu không gian bao quanh các vật điện và từ, Nó cũng có thể coi là lí thuyết

điện động lực học, vi nó thừa nhận rằng trong không gian có vật chất chuyển động

nhở nó ma các hiện tượng điện từ diễn ra ta quan sát được.

Trường điện tir là bộ phận của không gian chứa đựng va bao bọc các vật ở trạng thái

điện hoặc trạng thái từ

Chúng ta có đủ cơ sở chắc chăn dé khăng định ring ban thân ánh sáng (bao

gôm ca bức xạ nhiệt và các loại bức xạ khác) chính [a sự nhiễu loạn cua điện và tử được truyền đi đưới đạng sóng thông qua trường điện từ và tuân theo những quy

luật điện tr”

Một cách tông quát các bức xạ điện từ được phản chia dựa theo bước sóng (

hoặc tin số) thánh sóng radio, sóng viba bức xạ hồng ngoại, ảnh sáng nhìn thấy

bức xạ tử ngoại tia X va tia gamma ( Hình 1.3)

Luan văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

300 GHz tương ứng với bước sóng từ Im đến Imm Cụm từ micro - wave lan đầu

tiên được gọi bởi A.G.Clavier trong một bài báo xuất bản năm 1931 bởi công ty

Điện Thoại và Điện Tín quốc tế dé mô tả sóng radio có bước sóng 18cm đượctruyền đi từ Dover, Anh quốc đến Calais, Pháp [5] Trong một bài báo khác cũng

được viết bởi Clavier 2 năm sau đó, năm 1933, cum từ sóng vi ba được dùng dé chi

sóng điện từ có bước sóng khoảng 0.5m.

Sóng vi ba có thé chia thành ba dãy phỏ tan số chính : Tan số cực cao (UHF)

có tan số nằm trong khoảng từ 300MHz đến 3GHz, tan số siêu cao (SHF) có tin số

trải dài từ 3GHz đến 30GHz và tần số cực kì cao (EHF) tương ứng với tần số từ

30GHz đến 300GHzLịch sử hình thành và sự phát triển của sóng viba

Năm 1831 , Faraday khám phá ra hiện tượng cảm ứng điện từ, các công trình

của Faraday đã ảnh hưởng mạnh mẽ đến thẻ giới quan khoa học của Maxwell.Maxwell hiểu được các quan điểm mới của Faraday và nhận thấy những ý tưởngsâu sắc trong đó nên đã tiếp tục những nghiên cứu của Faraday, Vào năm 1864,

Maxwell đưa ra thuyết trường điện từ [5] Trong học thuyết nay dé cập đến sự tôn

tại của những sóng điện từ không nhìn thấy được bảng mắt thường Và vào cudinhững năm 1880, nhà khoa học người Đức Heinrich Hertz lần dau tiên đã tạo ra

được sóng điện từ với bước sóng dài hơn bước sóng của ánh sáng Bộ dụng cụ ông

Luận văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

dùng dé tao ra sóng điện từ gọi là “bộ rung Hertz” có thê tạo ra sóng với tan sốkhoảng 450 MHz.

Hinh 1.2 James Clerk Maxwell

Vào những năm 1890, nhà vật lý người Án Độ tên là Jagadish Chandra Bose

đã mở rộng thí nghiệm của Hertz bằng việc cải tiễn bộ dụng cụ và tạo ra được sóng

có tan số cao hơn từ 60 đến 120 GHz

THE ELECTROMAGNETIC SPECTRUM

Vào những năm đầu 1900 sự phát triển của kĩ thuật vô tuyến chủ yếu là ở

việc tạo ra các sóng điện tử có tin số từ cao (HF) cho đến rất cao ( VHF) Mãi chođến những năm 40 của thé ki 20, từ nhu cầu của sự phát triển của của công nghệ

rada trong chiến tranh Thế giới thir II khi đó những lí thuyết và công nghệ vẻ sóng

vi ba mới được chủ ý mạnh mẽ Tại Mỹ, phòng thí nghiệm bức xa (Radiation

Laboratory) được thành lập tại Viện công nghệ Massachusetts (MIT) dé phát triển

L.uận văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

khoa học rada va những ứng dụng của nó, Rat nhiều những nha khoa học hang dau

thời bay giờ bao gồm N Marcuvitz | | Rabi J S Schwinger H A Beth, E M

Purcell, C G, Montgomery và R H, Dicke đã hội tụ vé đây mở ra thời ki phát triển

mạnh mê trong lĩnh vực sóng vi ba Công việc của họ là nghiên cứu lí thuyết và tiền

hanh thí nghiệm tim ra những vật liệu thich hợp làm ống dẫn viba ang ten, bat đầuxây dung lí thuyết vẻ mạng lưới vi ba liên kết với nhau, Nhiều người trong số họ lànhững nhà vật lý trở vé sau chiến tranh (một số sau đó được nhận giải thưởng

Nobel), Những nghiên cứu của họ có thẻ được tóm gọn trong tài liệu gôm 28 tập

của MIT ma giá trị của nó vẫn còn được ứng dụng đến ngày nay [1].

Nguồn phát sóng viba

Có thé tao ra vi ba bằng nhiều thiết bị chia lâm hai loại: thiết bị chat rin vathiết bị ông chân không

Thiết bị vi ba chất rắn dựa trên chất ban dẫn như silicon hoặc arsenur galli,

và ngay ca các transistor hiệu ứng trường (FET), transistor tiếp xúc mặt lườngcực (BJT), các diode Gunn vả diode IMPATT Từ các transistor tiêu chuẩn người ta

phát triển những linh kiện tốc độ cao hơn dùng trong các ứng dụng vi ba Biến thé

vi ba của transistor BJT có loại HBT (heterojunction bipolar transistor), biên thê vi

ba của transistor FET thi có loại MESFET (transistor hiệu ứng trường có màng bán

dan kim loại) loại HEMT (côn gọi là HFET), và transistor LDMOS Thiết bj vi bachat rắn có ưu điểm là kích thước nhỏ, giá thành rẻ và tương thích với hau hết cácmạch tích hợp vi ba đo đó nó được sử dụng nhiều tuy nhiên với thiết bị nay thi tần

số tạo ra không lớn bang ông chân không.

Thiết bị ông chân không hoạt động dựa trên chuyên động của electron trong

chan không dưới ảnh hưởng cua điện trường hoặc tử trường gồm có magnetron ,

klystron dén sóng chạy (TWT) và gyrotron Trong nhừng năm gan đây thiết bị vi

ba chat rin với những ưu điểm của nó dan thay thé những ống chân không trong các

thiết bị tạo sóng vi ba Tuy nhiên thiết bị ống chân không van có vị tri nhất định của

nó khi có thé tạo ra sóng vi ba cỏ tần số lớn ( trên 100GH2) với công suất cao (từ 10

kW đến l0 MW) [1]

—_—m————T“T— ——————— ừèừ F ừ ừ ừ.— ừ —>ïẳằ>>—=

Luận văn tốt nghiệp Cao Hoảng Sơn

những tính chat chung của sóng như truyền thăng, phản xạ, khúc xạ phân cực, giaothoa mà ta sẽ tiến hành khảo sat chỉ tiết ở chương 2

1.5 Ảnh hưởng của sóng viba đến sức khỏe con người

Một trong những tác hại nguy hiểm của bức xạ vi ba lên cơ thể người là tác

dụng nhiệt của nó Cơ thé chúng ta hấp thy năng lượng sóng vi ba và chuyển nóthành nhiệt, tương tự như trường hợp thức ăn đặt trong lò vi ba Sự nung nóng diễn

ra bên trong cơ thể và khó cảm nhận được ở mức độ kích thích thấp Tác dụng nhiệt

này đặc biệt nguy hiểm đến não, mắt, cơ quan sinh dục và da dày Sự thừa bức xạ

có thể dẫn đến bệnh đục thủy tỉnh thể, vô sinh hoặc gây ung thư Tuy nhiên điều

nay hiểm xảy ra với trường hợp sóng vi ba dùng trong các lò vi sóng hoặc sóng vi

ba dùng trong bộ thí nghiệm nay vì có tần số thấp chưa đủ gây nguy hại đến sức

khỏe con người [1]

1.6 Thang sóng vi ba

Phé vi ba thường được xác định là năng lượng điện từ có tan số khoảng từ

| GHz đến 1000 GHz, nhưng trước đây cũng bao gồm cả những tin sé thấp hơn

Những ứng dụng vi ba phô biến nhất ở khoảng | đến 40 GHz Dựa theo cách sắp

xếp của Hội vô tuyến điện Anh (Radio Society of Great Britain) có bảng phân loại

sau [6] :

L.uận văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

Sóng viba được ding dé làm nóng các vật khác Ứng dụng phô biển nhất vẻ

tác dụng làm nóng của sóng vi ba là làm lò vi sóng dùng trong gia đình đùng dé làm

nóng và nâu chín thức ăn Trong công nghiệp sóng vi ba được dùng dé nau thịt

xông khói chẻ biên khoai tây lát và lưu hóa cao su [3]

1.7.2 Dùng trong thông tín liên lạc

Sóng vi ba được dùng rộng rải trong truyền thông vệ tinh truyền phat tin hiệu

va thông tín nhờ vao kha nang truyền qua bau khí quyên Trai Dat ma it bị hap thụ

[hông tin tr trạm không gian được truyền xuống Trái Dat ở tan số vi ba và được

thu nhận bởi các Ang ten không lỏ trên mặt dat

L.uận văn tốt nghiệp Cao Hoảng Sơn

Hình 1.5 Hệ thống truyền phát thông tin qua vệ tỉnh ( hình ảnh lấy từ

NASA/JPL — Caltech)

1.7.3 Hệ thống Radar (Radio Detection and Ranging)

Radar là phương pháp xác định sự hiện điện, vị trí, vận tốc và những tính chấtkhác của mục tiêu thông qua việc sử dụng thiết bi tạo ra tân số sóng vi ba Một tin

hiệu sóng vi ba được phat đi từ hệ thong radar và được phản xa lại khi gặp mục tiêu.[in hiệu sóng phản xạ được so sánh với tín hiệu phát để xác định vận tốc, cự ly, độcao, và hình dang của mục tiêu hay vật thé Hệ thống định vị toàn cầu GPS (Global

Positioning System) là một ví dụ điển hình cho việc sử dụng radar để điều hướng

Một ứng dung quan trọng khác của radar là trong công tác dò tìm và cứu hộ

Hình 1.6 Mô hình hệ thống thông tin vệ tinh trong đò tìm và cứu hộ SARSAT,

(hình ảnh lấy từ NOAA ~ SARSAT)

Luan văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

1.7.4 Tác chiến điện tir

Tác chién điện tử là một phương thức tác chiến gồm tông thẻ các hoạt động của

quan đội, được tiền hành thống nhất theo mục đích, nhiệm vụ, địa điểm va thời

gian nhằm loại trừ, ngăn cán hoặc làm giảm hiệu quá các hệ thông chi huy kha

nang điều khiên vũ khí bằng các phương tiện điện tử của đôi phương va bao đảm ôn

định tối đa cho hoạt động của các hệ thẳng đó của minh trước các tác động của đổi

phương trong chiến tranh Thành phân của tắc chiến điện tử bao gồm trính sát điện

tử bảo về điện tử và chế áp điện tử.

Trinh sát điện tử: Là loại hình trinh sat quân sự dùng phương tiện điện từ được

tiền hành từ mật đất trên không trên vũ trụ trên và đưới mat nước

Bao vẻ điện tử : Gom toan bộ các hoạt động làm cho các phương tiện điện tử

lam việc an toản ôn định chống đối phương gây nhiều va đánh phá chéng tự nhiễu

lẫn nhau của các phương tiện điện tử.

Chế áp điện tử : Là toan bộ các biện pháp và hoạt động làm tê liệt hoặc hạn chếhiệu quả sử dụng các phương tiện điện tử của đối phương [6]

1.7.5 Ứng dụng trong khoa học

Cac img dụng trong khoa học của sóng vi ba bao gồm đo bức xạ sóng vi ba phát

ra tir các vật thé trong thiên văn học nghiên cứu hóa và sinh hoc, các máy gia tốctuyến tinh và trong nghiên cứu hạt nhân nguyên tử

Trong ngành thiên văn học vô tuyến, các nhà thiên văn học đo bức xạ sóng vi

ba phát ra tir các ngôi sao và các thiên ha xa xôi trong vũ trụ dé nghiên cứu cau tạo

va sự hình thành của chúng Ho ding các ăng ten thu nhận tín hiệu điện từ phát ra từ

các các vật thé và chuyền thành những bức tranh thiên van.

Ngoài ra sóng vi ba con được dùng dé nung nóng plasma lên nhiệt độ cực ki

cao trong các phan ứng tông hợp hạt nhân nguyên tu Phan ứng này giải phỏng một

nang lượng vô cùng lớn, lớn hơn nhiều so với năng lượng giải phóng của phản ime

phân hạch hạt nhân nguồn nhiên liệu săn có va đặc biệt thân thiện với môi trưởng

khi không có chat thai cong nghiệp độc hại.

—mmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmmaaaaam

Luận văn tốt nghiệp Cao Hoang Sơn

Chương 2 - KHAO SÁT BỘ THÍ NGHIỆM VI SONG

Ở chương này ta sẽ khảo sắt một số tính chất của sóng vi ba như tính định hướng

của chùm sóng, sự phản xạ, khúc xạ, phân cực, giao thoa của chùm sóng xác định

bước sóng tần số của sóng phát ra bang bộ dụng cu thi nghiệm tạo sóng vi ba

Mikrowellengerat 84 92 905 — 230 của hãng 3B EL WE ( Duc )

2.1 Giới thiệu bộ dụng cụ

Bộ điều khiến trung tâm Đầu phát sóng viba

Thanh thước sắt dài 800 mm Đầu thu sóng viba

Ludn văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

Thanh thước sắt dài 400 mm có gan thước

đo dé Fâm kim loại điện tích 195 x195 mm

0 do

ay =3 Fắm kim loại điện tích 40 x 195 mm

Khôi paraffin hình lang trụ : ene

Dé dé dat hinh lang tru Ban kim loại điện tích 80x195 mm

————

Luan văn tốt nghiệp Cao Hoang Sơn

Khay đặt bản kim loại Bản phân cực sóng

Ban hap thụ sóng Đông hô đo điện đa nang

Hình 2.1 Bộ dung cụ thí nghiệm

Ƒ—TTT TT TïÐF—F Lễ TFÐƑ}Ƒ}——_FƑ——T- -.-.-.-.Fẹ.-.Ỷ-ễ}èừFẹF=—E—

Luan văn tot nghiệp Cao Hoàng Sơn

Thông tin kĩ thuật của bộ thí nghiệm

- Nguồn điện sử dung : 220V / 50 / 60 Hz

- Tân số sóng phát ra 9,5 GHz

- Công suất phát : I0mW đến 25mW

- Tần số biến điệu trong : khoảng 3kHz

- Tín hiệu biến điệu ngoài : Từ 0 đến 150 mV / 50 Hz đến SOkHz

- Nguồn điện cung cap từ ngoài vào hệ thống biến điệu : tối đa 10V

với Oscilloscope và đồng hồ đo điện đa năng

Hình 2.2 Đầu phát và đầu thu được kết nối và bộ điều khiến trung tâm và

Hình 2.3 Đầu phát và đầu thu được bố trí thăng hàng nhau Lan lượt dịch chuyên đầu thu ra xa đầu phát quan sát sự thay đôi điện thé trên đồng

hd, ghi nhận lại các giá trị quan sát được

HI Kết quả khảo sát

Dien the (mV) ~— Dien the

Hình 2.4 Dé thị biểu diễn sự phy thuộc của điện thé theo khoảng cách

Tiến hành fit ham bang origin ta thu được đồ thị sau :

—_—.——>->>->—>—>—>m———

Luận văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

Dien the (MV) | Dren the

1200 t fitham3 (User) Fit of Sheet! B

Nhận xét :

Từ đỗ thi 2.5 và 2.6 ta thấy tín hiệu thu được (ở đây là điện thé) gan đúng ti lệ

nghịch với bình phương khoảng cách giữa đầu phát và dau thu Biết rằng cường

độ điện trường E tí lệ nghịch với khoảng cach, còn còn cường độ sóng viba Ï ti

lệ nghịch với bình phương khoảng cách Từ đó suy ra tín hiệu đâu thu nhận được

là cường độ của sóng vi ba chứ không phải độ lớn của cường độ điện trường.

Sóng phát ra là sóng trụ, có mặt sóng đối xứng qua trục của đầu phát sóng

- _ Ta cũng thấy rằng điện thé thẻ hiện trên đồng hỗ đo tỉ lệ với cường độ của sóng

vi ba mà dau thu nhận được, do đó ta có thé dùng đại lượng điện thé (mV) thay

cho đại lượng cường độ | trong các phép do vẻ sau cho thuận tiện trong việc

thực hiện thí nghiệm ma không cản phải quy đôi về giá trị cường độ tỉ đổi

Bế trí thí nghiệm như trong hình 2.7, trong đó hai đầu thu và đầu phát nằm thing

hàng với nhau và cách nhau | đoạn D = Im , hai ngõ ra của bộ điều khiển trung tâmđược nối với Oscilloscope và đồng hồ đo điện đa năng

Luận văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

Xoay đầu thu xung quanh thước do góc, ghi nhận gia trị điện the thay đôi theo góc

xoay, mỗi lần xoay | góc 5°

Ul o

=~ Dron the Deen the imV)

Khảo sát tính chất phân cực của chim sóng viba

Khảo sát tính chất của bản phân cực để làm gương bán mạ trong thí nghiệm giaothoa kế Michelson

II Tiến hành khảo sát

Ta bê trí thí nghiệm như hình 2.9

Luận văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

Trong đó đầu phát và đầu thu đặt thăng hàng với nhau cách nhau một khoảng D =

60 cm Ở giữa đặt bản phân cực như hình về, các đầu phat và đâu thu nằm ngang

với nhau như hình.

Khi đặt bản phan cực như hình 2.9 thi ta thấy cường độ thu nhận được là cực dai, khi xoay bản phân cực một góc 90” quanh pháp tuyến của bản kim loại thì cường

độ thu nhận được đạt giá trị cực tiêu Ta tiễn hành khảo sat sự phụ thuộc của cường

độ thu nhận được theo góc xoay của bản phân cực.

Tuy nhiên vì trong điều kiện bộ dụng cụ thí nghiệm không hỗ trợ việc xoay bản

phân cực nên ta sẽ giữ nguyên vị trí của bản phân cực và thay vào đó xoay đồng

thời cả đầu phát và đầu thu

Luan văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

Hình 2.10 Đầu phát va đầu thu xoay đi một góc giống nhau[a lắp bang đo độ vào đầu phat và đầu thu

Khi xoay đầu phát quanh trục xoay, bảng đo độ cũng xoay theo, đọc giá trị góc trên

bảng đo độ sẽ biết được góc xoay của đầu phát

111 Kết quả khảo sát

aS

Luận văn tot nghiệp Cao Hoàng Sơn

- Tir hình dạng dé thị 2.12 ta thấy giá trị cường độ thu được thay đổi theo góc

xoay của bản phân cực

- Sóng vi ba phát ra là sóng phân cực clip suy biến ( giá trị cường độ tín hiệu

thu được giảm vẻ cực tiểu nhưng vẫn khác 0)

- _ Phương phân cực ( Phương của trục lớn elip) là phương thăng đứng vuông góc

với pháp tuyến của bản phân cực.

Từ để thị ta thấy giá trị cường độ thu nhận được giảm còn một nửa tại các giátrị góc 0 = 45°, 130°, 225°, 315°

Luan văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

Chú ý rằng với các gid trị góc 6 = 45°, 130°, 225”, 315° bản phân cực đóng vai trò

giống như một gương bán mạ, cho 1/2 cường độ sóng đi qua ban và phản xạ 1/2

cường độ sóng trở lại môi trường tới

2.2.2 Khao sát sự phản xạ

1, Mục đích

Khao sát sự phan xạ của sóng vi ba trên bẻ mặt bản kim loại

HH Tiến hành khảo sát

Bồ trí thí nghiệm như hình 2.14, trong đó đầu phát và đầu thu nằm ở những vị trí có

định trên thanh thước

aca

Luan van tot nghiép Cao Hoang Son

Hình 2.14 Khảo sát sự phản xạ của sóng vi ba

(gương phản xạ)

Angle of (góc phản xạ) Reflection

Hình 2.15 Góc tới và góc phản xạ

Góc hợp bởi pháp tuyến của mặt bản và phương của đầu phát sóng là góc tới của

chùm sóng, góc hợp bởi pháp tuyến của mặt ban và phương của dau thu là góc phan

xạ.

Giữ cố định đầu phát va bản phản xạ, xoay đầu thu quanh ban phan xạ, ghi nhận giá

trị cường độ thu nhận được góc xoay tương ứng với giá trị cường độ cực đại thu

nhận được là góc phản xạ.

1H, Kết quả khảo sát

Luan văn tốt nghiệp Cao Hoàng Sơn

ee esa [om [ar | oa

Nhận xét : Từ bang sô liệu ta thay định luật phản xạ ánh sáng nghiệm đúng kha tot

ử các góc tới nhỏ O góc tới lớn ( từ 70” trở lên ) thi không còn đúng nữa, nguyên

nhân có thẻ là do tính chat phân ki của chùm song phát ra Bởi vi ớ các góc tới lớn,

tín hiệu thu nhận được vừa là tín hiệu truyền trực tiếp từ dau phát tới dau thu vừa là

tin hiệu phan xạ trên mat ban kim loại Một gia thuyết khác có thẻ là có hiện tượng

giao thoa Lloyd ở các góc lớn khiến cho định luật phan xạ ánh sáng không còn

nghiệm đúng Giả thuyết nay can được kiếm chứng lam rõ hơn bang thực nghiệm

Từ bang số liệu có thé thấy cường độ tín hiệu thu nhận được thay đổi theo góc tới

chứng tỏ bán kim loại không phản xa 100% chim sóng chiêu tới mà hap thụ mộtphan năng lượng sóng tới

Khảo sát sự truyền sóng qua khi truyền qua mặt phân cách 2 môi trường có chiết

suất khác nhau

Xác định chiết suất của khói lăng trụ paraffin

I Tiến hành khảo sat

Lăng kính dùng trong thí nghiệm là lăng kính có dang lăng trụ có hai đáy là tam

giác vuông cân.

Công thức lăng kính

sini, = nsỉnr, (1)

sini, = nsinr› (2)

A=re+*ra (3) D=iitiạ-A (4)

Đề xác định chiết suất n của paraffin ta can biết góc khúc xa ip và góc r; Góc i, có

thé xác định dựa vào phương trình (4) (các thông số D, A, i, có thé đo được) Vớitrường hợp góc chiết quang A = 45° góc r; có thẻ xác định theo công thức sau: