極化電磁波

1.電磁波極化是指電磁波電場(chǎng)強(qiáng)度的取向和幅值隨時(shí)間而變化的性質(zhì)，在光學(xué)中稱(chēng)為偏振。如果這種變化具有確定的規(guī)律，就稱(chēng)電磁波為極化電磁波(簡(jiǎn)稱(chēng)極化波)。如果極化電磁波的電場(chǎng)強(qiáng)度始終在垂直于傳播方向的(橫)平面內(nèi)取向，其電場(chǎng)矢量的端點(diǎn)沿一閉合軌跡移動(dòng)，則這一極化電磁波稱(chēng)為平面極化波。電場(chǎng)的矢端軌跡稱(chēng)為極化曲線，并按極化曲線的形狀對(duì)極化波命名。

2.對(duì)于單一頻率的平面極化波，極化曲線是一橢圓(稱(chēng)極化橢圓)，故稱(chēng)橢圓極化波。順傳播方向看去，若電場(chǎng)矢量的旋向?yàn)轫槙r(shí)針，符合右螺旋法則，稱(chēng)右旋極化波;若旋向?yàn)槟鏁r(shí)針，符合左螺旋法則，稱(chēng)左旋極化波。按極化橢圓的幾何參數(shù)(見(jiàn)圖極化橢圓的幾何參數(shù))，可直觀地對(duì)橢圓極化波作定量描述，即軸比(長(zhǎng)軸與短軸之比)、極化方向角(長(zhǎng)軸的斜角)和旋向(右旋或左旋)。軸比等于1的橢圓極化波稱(chēng)圓極化波，其極化曲線是一個(gè)圓，也分右旋或左旋兩種旋向。這時(shí)極化方向角不確定，代之以電場(chǎng)矢量初始取向的斜角。軸比趨于無(wú)窮大的橢圓極化波稱(chēng)線極化波，其電場(chǎng)矢量的取向始終位于一條直線上，這條直線的斜角就是極化方向。這時(shí)旋向失去意義，代之以電場(chǎng)強(qiáng)度的初始相位。

3.任何一個(gè)橢圓極化波都可以分解成一個(gè)右旋圓極化波(用足標(biāo)R表示)和一個(gè)左旋圓極化波(用足標(biāo)L表示)之和。如果將線極化波分解成兩個(gè)旋向相反的圓極化波，則兩者的幅值相等，且初始取向?qū)ΨQ(chēng)于線極化波的取向。

4.任何一個(gè)橢圓極化波還可以分解成兩個(gè)取向正交的線極化波之和。通常，其中一個(gè)線極化波在水平面內(nèi)取向(且垂直于傳播方向)，稱(chēng)水平極化波(用足標(biāo)H表示);另一個(gè)線極化波的取向同時(shí)垂直于上述水平極化波的取向和傳播方向，稱(chēng)垂直極化波(用足標(biāo)V表示)(僅當(dāng)傳播方向在水平面內(nèi)時(shí)，垂直極化波的電場(chǎng)矢量才沿鉛垂線取向)。這兩個(gè)線極化波分量的電場(chǎng)矢量有不同的幅值和，以及不同的初始相位和。

5.同一個(gè)橢圓極化波，既可以直接用極化橢圓的幾何參數(shù)，又可以用兩個(gè)反旋圓極化分量或兩個(gè)正交線極化分量之間的參數(shù)作定量的描述。極化圓圖實(shí)質(zhì)上就是這個(gè)球面上各種極化參數(shù)的等值線在赤道平面上的投影。發(fā)射和接收電磁波的天線都具有確定的極化性質(zhì)，可根據(jù)其用作發(fā)射天線時(shí)在最強(qiáng)輻射方向上的電磁波極化而命名。

6.通常為了在收發(fā)天線之間實(shí)現(xiàn)最大的功率傳輸，應(yīng)采用極化性質(zhì)相同的發(fā)射天線和接收天線，這種配置條件稱(chēng)為極化匹配。有時(shí)為了避免對(duì)某種極化波的感應(yīng)，采用極化性質(zhì)與之正交的天線，如垂直極化天線與水平極化波正交;右旋圓極化天線與左旋圓極化波正交。這種配置條件稱(chēng)為極化隔離。

7.兩種互相正交的極化波之間所存在的潛在的隔離性質(zhì)，可應(yīng)用于各種雙極化體制。例如，用單個(gè)具有雙極化功能的天線實(shí)現(xiàn)雙信道傳輸或收發(fā)雙工;用兩個(gè)分立的正交極化的天線實(shí)現(xiàn)極化分集接收或體視觀測(cè)(如立體電影)等。此外，在遙感、雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別等信息檢測(cè)系統(tǒng)中，散射波的極化性質(zhì)還能提供幅度、相位信息之外的附加信息。

電磁波電場(chǎng)強(qiáng)度的取向和幅值隨時(shí)間而變化的性質(zhì)，在光學(xué)中稱(chēng)為偏振。如果這種變化具有確定的規(guī)律，就稱(chēng)電磁波為極化電磁波(簡(jiǎn)稱(chēng)極化波)。如果極化電磁波的電場(chǎng)強(qiáng)度始終在垂直于傳播方向的(橫)平面內(nèi)取向，其電場(chǎng)矢量的端點(diǎn)沿一閉合軌跡移動(dòng)，則這一極化電磁波稱(chēng)為平面極化波。電場(chǎng)的矢端軌跡稱(chēng)為極化曲線，并按極化曲線的形狀對(duì)極化波命名。

極化的類(lèi)型

對(duì)于單一頻率的平面極化波，極化曲線是一橢圓(稱(chēng)極化橢圓)，故稱(chēng)橢圓極化波。順傳播方向看去，若電場(chǎng)矢量的旋向?yàn)轫槙r(shí)針，符合右螺旋法則，稱(chēng)右旋極化波;若旋向?yàn)槟鏁r(shí)針，符合左螺旋法則，稱(chēng)左旋極化波。按極化橢圓的幾何參數(shù)(見(jiàn)圖),可直觀地對(duì)橢圓極化波作定量描述,即軸比 ρ(長(zhǎng)軸與短軸之比，

(4)

對(duì)比均勻無(wú)耗傳輸線問(wèn)題,若ρ表示電壓駐波比、Γ 表示電壓反射系數(shù)、Z表示歸一化輸入阻抗，則 (3)、(4)兩式恰是傳輸線的基本關(guān)系式。于是,圓圖可用作分析和計(jì)算傳輸線的各種圖解工具。特別是各種阻抗圓圖如史密斯圓圖、卡特圓圖等，也可以應(yīng)用于電磁波極化參數(shù)的分析和計(jì)算，并相應(yīng)地改稱(chēng)為極化圓圖。

此外,根據(jù)軸比ρ、極化方向角ψ和極化比|Z|、線極化分量相位差(δH-δV)之間的關(guān)系式，還可以建立單位球表面各點(diǎn)與各種橢圓極化狀態(tài)之間的一一對(duì)應(yīng)關(guān)系。這種標(biāo)有極化狀態(tài)的單位球稱(chēng)為龐加萊球，極化圓圖實(shí)質(zhì)上就是這個(gè)球面上各種極化參數(shù)的等值線在赤道平面上的投影。

極化的利用

發(fā)射和接收電磁波的天線都具有確定的極化性質(zhì)，可根據(jù)其用作發(fā)射天線時(shí)在最強(qiáng)輻射方向上的電磁波極化而命名。例如，水平或垂直極化天線輻射水平或垂直極化波;右旋或左旋(橢)圓極化天線輻射右旋或左旋(橢)圓極化波。通常為了在收發(fā)天線之間實(shí)現(xiàn)最大的功率傳輸，應(yīng)采用極化性質(zhì)相同的發(fā)射天線和接收天線，這種配置條件稱(chēng)為極化匹配。有時(shí)為了避免對(duì)某種極化波的感應(yīng)，采用極化性質(zhì)與之正交的天線，如垂直極化天線與水平極化波正交;右旋圓極化天線與左旋圓極化波正交。這種配置條件稱(chēng)為極化隔離。

此外,在遙感、雷達(dá)目標(biāo)識(shí)別等信息檢測(cè)系統(tǒng)中,散射波的極化性質(zhì)還能提供幅度、相位信息之外的附加信息。極化

在電動(dòng)力學(xué)中，極化(或偏振)是波(如光和其他電磁輻射)的一個(gè)重要特性。與縱波如常見(jiàn)的聲波不同，電磁波是三維的橫波，正是由于其矢量特性，從而產(chǎn)生出極化這一現(xiàn)象。