关于电磁波的极化,看这篇文章就够了

FPGA技术江湖 2023-08-27 07:49

谈到电磁波,除了频率和幅度之外,还有一个比较重要的方面就是:极化。极化,就是指波振动的平面,电磁波的传播是由相互垂直的电场和磁场产生的。因此存在电场和磁场两个相互垂直的振荡平面,所以呢,我们定义电场的振荡平面为电磁波的极化:即空间固定点,电场E随时间变化的方式。按照电场E的变化方式,可以将平面电磁波的极化分为三种:线极化,圆极化和椭圆极化。
对于一个沿着z方向传播的平面电磁波,电场E可以分解为ExEy两个分量。
那么电场E的瞬时方程就是:
电场E的两个分量分别是:
消除上面公式中的(wt-kz),即可得到这两个分量之间满足的关系:
上面这个方程,就是任意位置z处的电场E的轨迹方程。对于不同的Ex0,Ey0 和φ的值,电场E有不同的极化方式。

我们先来看两种比较特殊的Ex0,Ey0 和φ的值
1,当φ=0°或者±180°时,
电场的轨迹方程可以简化为:
也就是:
这个是一个直线方程,+对应着φ=0°,- 对应着φ=±180°。这个直线的斜率就是
如下图所示,

线极化,也是移动通信中最常用的极化方式。根据线极化方向与水平面的关系,线极化波又分为水平极化波和垂直极化波和±45°极化波。

2,当φ=±90°,Ex0=Ey0 时,
电场E的轨迹方程可以简化为:
这就是一个标准的半径为E0的圆。电场E的尾端就在任意z的位置画圆圈了。
如果φ=90°,即Ey的相位落后于Ex 90°,电场E的尾端轨迹画出来的圆圈满足右手螺旋关系,我们称之为右旋圆极化,反之,则成为左旋圆极化。
分享一个简单的判断方法:伸出你的右手,四指同大拇指垂直,右手四指从相位超前的分量旋转至相位落后的分量,如果电磁波的传播方向为右手拇指的指向,那么就是右旋圆极化波,反之,则为左旋圆极化波。

一个圆极化波可以分解为两个相位相差90°,幅度相等,空间上正交的两个线极化波,同理,两个相位相差90°,幅度相等,空间正交的线极化波也可以合成一个圆极化波。

试着判断一下下面的电磁波呗,留言说出你的答案。



3, 当φ为任意值时,电场E的尾端轨迹方程就是一个椭圆方程,称之为椭圆极化,椭圆极化根据旋转方向的不同,也分为右旋椭圆极化和左旋椭圆极化。

椭圆极化波作为电磁波极化的最普遍形式,既可以分解为两个空间上正交的线极化波,也可以分解成两个旋向相反的圆极化波。

那么,天线的极化方式,也就是它所能发射或者接收的电磁波的极化方式,即可分为线极化天线,圆极化天线和椭圆极化天线,如下图所示。

今天先学习到这里,详细计算可以看梁昌宏老师的这篇论文:电磁波的极化及其应用

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