均匀平面波的极化特性

6.6 均匀平面波的极化特性

1.电磁波的极化定义

2.电磁波的极化形式

1．电磁波的极化定义

电磁波的极化是指空间某点的电场强度矢量方向随时间的变化规律。用空间某点电场强度矢量的端点随时间变化所描画出的轨迹来表示。

电磁波的极化特性在日常生活中也经常使用例如：超短波收音机

U E l =⋅θ

E

l

cos E l =⋅θ

均匀平面波的极化特性

平面波的表达式：m

ˆcos()

x

E E t kz a =-+

ωϕ

m

ˆcos()

y

H H t kz a

=-+

ωϕ

x

y

z

2.电磁波的极化形式

（1）线极化：电场强度矢量端点随时间变化的轨迹是一条直线。

y

x

2.电磁波的极化形式

（1）线极化：电场强度矢量端点随时间变化的轨迹是一条直线。（2）圆极化：电场强度矢量端点随时间变化的轨迹是圆。

y

E

x

2.电磁波的极化形式

（1）线极化：电场强度矢量端点随时间变化的轨迹是一条直线。（2）圆极化：电场强度矢量端点随时间变化的轨迹是圆。（3）椭圆极化：电场强度矢量端点随时间变化的轨迹是椭圆。

y

x

（1）线极化假设空间任意一个平面波：

x y

E E E =+若电场表示为：

m ˆcos()x x x x E E t kz a ϕ=ω-+演示1——x 方向的线极化波m ˆcos()y y y y E E t kz a

ϕ=ω-+演示2——y 方向的线极化波

线极化条件：

ϕϕϕ==y x 或x y ϕϕπ

-=±

两个相互垂直线极化波叠加：

条件：

ϕ

ϕϕ==y x 22

m

m

cos()

x y E E

E

t kz ωϕ=

+-+与x 轴的夹角为:

E θarctan()

ym

xm

E E θ=x y

E E E =+m ˆcos()x x x x E E t kz a

ϕ=ω-+m ˆcos()y y y y E E t kz a

ϕ=ω-+其中：

结论：两个相互垂直线极化波叠加，其初始相位相同时，

形成新的线极化波。

两个相互垂直线极化波叠加：

条件：

22

m

m

cos()

x y E E

E

t kz ωϕ=

+-+与x 轴的夹角为:

E θarctan()

ym

xm

E E θ=-x y

E E E =+m ˆcos()x x x x E E t kz a

ϕ=ω-+m ˆcos()y y y y E E t kz a

ϕ=ω-+x y ϕϕπ

-=±其中：

结论：两个相互垂直线极化波叠加，其初始相位相同时，

形成新的线极化波。

（2）圆极化：由两个相互垂直的线极化叠加而成。

圆极化演示

x y

E E E =+m ˆcos()x x x x E E t kz a ϕ=ω-+m ˆcos()y y y y E E t kz a

ϕ=ω-+其中：

条件：

m m m

==x y E E E π

2

-=±

x y ϕϕ且：

x y

E E E =+m ˆcos()x x x x E E t kz a

ϕ=ω-+m ˆcos()y y y y E E t kz a

ϕ=ω-+其中：

条件：

m m m

==x y E E E π

2

-=±x y ϕϕ且：2

2m

x y

E E E

E =+=m ˆcos()y y y E E t kz a ωϕ=-+m ˆsin()x y

E t kz a ωϕ=±-+则：tan tan()

y x x

E t kz E θωϕ=

=±-+()

x t kz θωϕ=±-+与x 轴的夹角为

:E

θ

可得：

（3）椭圆极化：由两个相互垂直的线极化叠加而成。

x y E E E =+m ˆcos()x x x x E E t kz a ϕ=ω-+m ˆcos()y y y y E E t kz a

ϕ=ω-+其中：

222

m m m m

2()cos()()sin ()--+=-x y y x x y x y x x y y E E E E E E E E ϕϕϕϕ——椭圆方程

例题：

判断下列电磁场的极化类型

22ˆˆ(1)100cos()100sin()33

x y E t z a t z a ππ

ωω=-+-右旋圆极化

4ˆˆ(2)50cos(5)100cos(5)33x y E t z a t z a ππ

ωω=-++-+线极化

ˆˆ(3)20cos(5)80cos(5)2

x y E t z a

t z a πωω=-+-+左旋椭圆极化