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1701075805 如果我们能够移动这个天线装置，测量出距离微波炉由近到远各个地方微波的强度，那么就能形象地把电磁波在空间中的分布描绘出来。当然，我们可以手动地、一点一点地完成这个测量工作，但是现代科学实验中，这样的手工测量已经相当少了，取而代之的是自动化数据采集。为此，我搭建了如图4.7所示的“探路者”号机器人，它是用著名的乐高玩具“Mindstorm”套件搭建的，有一个可以编程控制的微型电脑（单片机），从而驱动机器人沿着垂直于微波炉的方向由近及远地运动。与此同时，它还不断采集从天线电路输出的电压，保存在微型电脑的存储器里（见图4.8）。等到它完成了一段路程的探索，我们就可以把数据下载到电脑上，用Excel把数据画成曲线，研究电磁波在这一段路程上的分布。这个机器人的搭建和编程是非常简单的，如果读者恰好有一套这样的玩具，很容易就能搭建好了。唯一需要注意的地方是，天线电路的输出端和乐高控制器连接需要用一个三极管进行过渡，关于这一点，请参考书籍Extreme NXT第8章，这些内容大家从网上就能够找到。如果大家手边没有这样一套玩具也无妨，稍微辛苦一点，每移动1cm，手工记录一个数据，这样也能得到非常漂亮的结果，或者利用便宜很多的单片机（比如后面很多章节将要用到的Arduino）来完成乐高的数据采集和小车驱动功能也是可以的。

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1701075810 图4.6

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1701075815 图4.7 探路者号机器人负载天线时的雄姿

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1701075820 图4.8 探路者号机器人正准备启动

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1701075822 那么探路者号记录下的电磁波分布是什么样的呢？如图4.9所示，电压信号随着与微波炉距离的增加有一些起伏，这个很有可能是电路自身的一些涨落与噪声引起的，因为下一次测量的起伏规律和这次又不尽一样了。如果天线离微波炉渐远，输出电压就会慢慢地上升到微波炉没有启动时的数值，即3V左右，对应于700～800的读数。

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1701075827 图4.9 电磁波在空间中的分布

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1701075829 图4.9的测量结果告诉我们，电磁波在各处的强度是基本一致的。但是，如果我们在离微波炉一定距离的地方放上一个反射器（任何一块金属板都可以，我用的是一个长方形的不锈钢烤盘，见图4.10），它能把从微波炉发射出来的微波反射回去，这样反射的波和入射的波就能形成干涉，从而产生驻波，于是电磁波在空间中的分布就大不一样了。

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1701075834 图4.10 加入反射器（烤盘）以后，电磁波在空间中的分布大不一样了

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1701075836 可能有些读者对于驻波不是很熟悉，下面我们来聊一聊驻波。驻波的英文名字叫作Standing Wave，直白的翻译就是站着不走的波，要理解它，最好从波的数学描述入手。假设一列电磁波从微波炉里发射出来，那么垂直于微波炉那条线上各点的电场强度可以用以下公式来描述：

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1701075838 E(x)=E0cos(2πx/λ—2πt/T)

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1701075840 其中，x是垂直线上某点距离微波炉的距离，E0是刚刚离开微波炉门时间为零时的电场强度，λ是微波波长，T是微波周期。这个描述波动的公式表明，空间中各点的电场振幅都是一样的，只不过相位有所差别，即离微波炉近的地方首先达到电场的极大值，接下来这里的电场开始减小，而离微波炉稍远的地方电场开始增大。我们的天线电路输出的信号是正比于当地电场振幅的（因为我们测量到的是一个整流后的平均值），所以才有图4.9中各处电压信号差不多的结果。但是如果加入一个反射板，那么在微波炉和反射板之间就存在两束波：一束是微波炉发射的，另一束是反射回来的。这样空间中某一点的电场强度就是这两束波的叠加：

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