实验三 电磁波的极化

ϕ
y
−ϕ
x
= 0,ϕ
y
= ϕ
x
或 ϕ
y
−ϕ
x
= π
y
合成后
2 2 2 E = Ex2 + E y = Exm + E ym cos(ωt + φx ) Eym = const (ϕ y − ϕx = 0) arctg Exm α = arctg Ey = Eym Ex −arctg = const (ϕ y − ϕx = π ) Exm
（2） 圆极化 电场强度矢量端点的轨迹是一个圆。 电场强度矢量端点的轨迹是一个圆。 令 ϕ y − ϕx = ± 得
π
2
Exm = Eym = Em ,
y
E
Ex = Em cos(ωt + φx ) , Ey = −Em sin(ωt + φx )
x
合成后
E = E 2 + E 2 = E = const x y m (ϕ y − ϕ x = π ) E y −(ωt + ϕ x ) 2 α = arctg = Ex ωt + ϕ (ϕ y − ϕ x = − π ) x 2
y
上二式中消去t 得
2 Ey 2 Ex E y Ex2 + 2 − cos φ = sin 2 φ 2 Exm E ym Exm E ym
x
可以证明， 可以证明，椭圆的长轴与 x 轴的夹角为
椭圆极化的平面波
tan2θ =
2 Exm E ym E −E
2 xm 2 ym
cos φ
椭圆极化与圆极化类同，分右旋极化和左旋极化。 椭圆极化与圆极化类同，分右旋极化和左旋极化。 y 椭圆极化是极化的一般状态，线极化、 椭圆极化是极化的一般状态，线极化、圆极化是特殊状态 三种极化方式的关系 圆极化。 ◇ 当φ = 90 , Eym = Ezm = Em 时， 椭圆极化 → 圆极化。
天线形式 水 天线1 天线 平 距 垂 离（cm） ） 直 45 度
天线2 天线
天线3 天线
电磁波的极化
一、极化的定义 ◇波的极化：指空间某固定位置处场矢量(电场、磁场)随时间变化的特性。 波的极化：指空间某固定位置处场矢量(电场、磁场)随时间变化的特性。 矢量末端随时间变化的轨迹来描述波的极化。 ◇极化的描述：用电场强度E 矢量末端随时间变化的轨迹来描述波的极化。 极化的描述： （磁场的变化情况完全类似） 磁场的变化情况完全类似） 二、极化类型 由电磁波电场场量两个正交分量间的幅度和相位关系，可以判断波 由电磁波电场场量两个正交分量间的幅度和相位关系， 幅度 关系 的极化方式。 的极化方式。 一般情况下， 方向传播的均匀平面波， 一般情况下，沿+z方向传播的均匀平面波， x 和 Ey 分量都存 方向传播的均匀平面波 E 且其振幅和相位不一定相等。 在，且其振幅和相位不一定相等。
x xm
y
若 E 的变化轨迹在 y 轴上 ( α = 90 o ) ，称为 y 轴取 向的线极化波。 向的线极化波。 E = E sin(ωt − β z + α ) y ym
x
直线极化的平面波
（2） 圆极化
电场强度矢量端点的轨迹是一个圆。 电场强度矢量端点的轨迹是一个圆。
y
E
电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足右手螺旋关系 右旋圆极化波。 ——右旋圆极化波。 右旋圆极化波 电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足左手螺旋关系 ——左旋圆极化波。 左旋圆极化波。 左旋圆极化波
x
圆极化的平面波
（3） 椭圆极化 电场强度矢量端点的轨迹是一个椭圆。 电场强度矢量端点的轨迹是一个椭圆。
y
x 椭圆极化与圆极化类同，分右旋极化和左旋极化。 椭圆极化与圆极化类同，分右旋极化和左旋极化。
椭圆极化的平面波
三、实验内容 移动感应器位置， 移动感应器位置，观察在不同形式的接收天线情况下灯泡达到同 等亮度时与发射天线的距离，总结电磁波不同极化收发的规律。 等亮度时与发射天线的距离，总结电磁波不同极化收发的规律。
y
φ
E z x
元天线方向图
E
x
E面方向图 θ = 0, π θ= ,
2
场强为零， 场强为零， H面方向图 场强的大小与 ϕ 场强最大
无关
（3） 椭圆极化
电场强度矢量端点的轨迹是一个椭圆。 电场强度矢量端点的轨迹是一个椭圆。

若 Ex和 Ey 振幅、相位都不相同，则合成波为椭圆极化波。 振幅、相位都不相同，则合成波为椭圆极化波。 令
ϕx = 0,ϕy = φ 得 Ex = Exm cos ωt , Ey = Eym cos (ωt + φ )
实验三 电磁波的极化
一、实验目的 1、学习了解极化波的产生及其特点。 、学习了解极化波的产生及其特点。 2、研究自制的电磁波感应器的极化特性，加深对电磁波极化特性的理解。 、研究自制的电磁波感应器的极化特性，加深对电磁波极化特性的理解。 二、实验原理
1、极化的定义: 指空间某固定位置处场矢量(电场、磁场)随时间变化的特性 极化的定义: 指空间某固定位置处场矢量(电场、磁场) 2、极化类型: 极化类型: 合成波电场大小随时间变化，但矢端轨迹与x轴夹角不变。 （1） 直线极化 合成波电场大小随时间变化，但矢端轨迹与x轴夹角不变。 若 E 的变化轨迹在 x 轴上 ( α = 0 ) ，称为 x 轴取 向的线极化波。 向的线极化波。 E = E sin(ωt − β z )
当
ϕ y − ϕx =
π
2
即 α = −(ωt + ϕ x ) 且
Exm = E ym 可判断出
电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足左手螺旋关系——左旋圆极化波。 左旋圆极化波。 电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足左手螺旋关系 左旋圆极化波 说明：上述结论适用于沿+Z方向传播的均匀平面波。 +Z方向传播的均匀平面波 说明：上述结论适用于沿+Z方向传播的均匀平面波。
x
直线极化的平面波
合成波电场大小随时间变化，但矢端轨迹与x轴夹角不变。 合成波电场大小随时间变化，但矢端轨迹与x轴夹角不变。
若 E 的变化轨迹在 x 轴上 ( α = 0 ) ，称为 x 轴取 向的线极化波。 向的线极化波。
若 E 的变化轨迹在 y 轴上 ( α = 90 o ) ，称为 y 轴取 向的线极化波。 向的线极化波。
Ex = Exm cos(ωt − kz + ϕ x ) , E y = E ym cos(ωt − kz + ϕ y )
（1） 直线极化 电场仅在一个方向振动， 电场仅在一个方向振动，即电场强度矢量端点的轨迹 是一条直线。 是一条直线。 取z=0
Ex = Exm cos(ωt + ϕx ) , Ey = Eym cos(ωt + ϕy )
0
x
直线极化。 ◇ 当 φ = 0 时， 椭圆极化 → 直线极化。 电磁波的极化方式由辐射源（即天线）的性质决定。 电磁波的极化方式由辐射源（即天线）的性质决定。
椭圆极化的平面波
y y
x x
椭圆、 椭圆、圆与直线极化的 关系
将 f (θ , ϕ ) = sin θ 用极坐标画出来
z
z E y y
θ
合成波电场大小不变，但矢端轨迹与 轴夹角随时间变化。 合成波电场大小不变，但矢端轨迹与x 轴夹角随时间变化。 当 ϕ y − ϕx = −
圆极化的平面波
π
2
即
α =ωt + ϕx 且 Exm = Eym
可判断出
电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足右手螺旋关系——右旋圆极化波。 右旋圆极化波。 电场矢量终端运动方向与电磁波传播方向满足右手螺旋关系 右旋圆极化波 （若以右手的四指随E的矢端运动，则姆指就指出了波的传播方向） 若以右手的四指随 的矢端运动 则姆指就指出了波的传播方向） 右手的四指随 的矢端运动，