电磁场理论课件 4-2 波的极化

右旋圆极化波：若φy － φx＝-π/2，则电场矢端的旋转方向与 电磁波传播方向成右手螺旋关系，称为右旋圆极化波
y
Ey
E
a
o
Ex
x
右旋圆极化波
左旋
若以右手的四指随E的矢端运动，姆指就指出了波的传播 方向，表示的圆极化波称为右旋圆极化波。
y
Ey
E
Ex Exm cos(t x ) , Ey Eym cos(t y )
合成后
E
Ex2
E
2 y
Ex2m
E
2 ym
cost
a
arctg
Ey Ex
aracrtcgtgEEEExymmxymmcocnosntst
(x y 0) (x y )
合成波电场大小随时间变化，但矢端轨迹在与x轴为的直线上。
Ex Exm cos(t x ) , Ey Eym cos(t y )
若 Ex和 Ey 振幅、相位都不相同。则合成波为椭圆极化波。
令 x 0,y 得 Ex Exm cost , Ey Eym cost
上式中消去t 得
Ex2 Ey2 2ExEy cos sin2
Ex2m Ey2m Exm Eym
若
=
2
，则
Ex2 Ex2m
E
2 y
Ey2m
1；（
x2 a2
a
o
Ex
x
y x
2
Exm Eym Em ,
右旋圆极化波
y滞后，向y旋转，右旋 x滞后，向x旋转，左旋
设
y
-
x
=-
2
t
y
0
1;t
x
2
0
t
y
2
0;t
x
-1
t y
-1;t x
3
2
0
右旋
设
y
-
x
=
2
t
y
2
0;t
x
0
1
t
y
-1;t
x
2
0
t y
3
2
0;t x
-1
左旋
（3） 椭圆极化
y2 b2
1）
y x
椭圆极化的平面波
合成电场的矢量箭头在一椭圆轨迹上旋转，因此我们称这种极化的波为椭 圆极化波。
图 椭圆极化波
当>0时，x的相位超前y的相位， 它逆时针方向旋转称之为右旋椭圆极化波； 当 <0， y的相位超前x的相位， 它顺时针方向旋转，成为左旋椭圆极化波。
Ex Exm cost , Ey Eym cost
极化方向完全正交
极化的应用
1. 利用极化实现最佳发射和接收
中波采用垂直极化波，因为中波的传播为地面波 传播，电场垂直地面损耗小。
2. 利用极化技术提高通信容量
频率复用（正交极化）
3. 利用极化增强抗干扰能力
极化的分类
一般情况下，沿+z方向传播的均匀平面波，其中
Ex Exm cos(t kz x ) , Ey Eym cos(t kz y )
将右手大拇指指向电磁波的传播方向，其余四指指向电场强度E的矢端并 旋转，若与E的旋转一致，则为右旋圆极化波；若与E的旋转相反，则为 左旋圆极化波
（1） 线极化 取z=0
Ex Exm cos(t x ) , Ey Eym cos(t y )
y x 0或
Ex Exm cost , Ey Eym cost
当接收天线的极化方向与来波的极化方向完全正 交时，例如用水平极化的接收天线接收垂直极化的来 波，或用右旋圆极化的接收天线接收左旋圆极化的来 波时，天线就完全接收不到来波的能量，这种情况下 极化损失为最大，称极化完全隔离。
（2） 圆极化
Ex Exm cos(t x ) , Ey Eym cos(t y )
P1 和 P2 透振方向成θ角时
极化不匹配
过P1 的线偏振光 光强为I
P1
P2
P1
θ
P2
A Asin
P1
A
P2
θ
A// Acos
从P2 出射光强为
Iθ= A//2= I cos2θ
P1 和 P2 透振方向垂直时
过P1 的线偏 振光光强为I
P1
P2
P1 P2
从P2 出射光强为 Iθ= I cos290°= 0消光
x y 0
Ex和Ey同符号。
x y
Ex和Ey符号相反。
电场的方向就是天线极化方向。 一般使用的天线为单极化的。
下图示出了两种基本的单极化的情况： 垂直极化---是最常用的；水平极化---也是要被用到的。
➢水平极化 线极化与大地平行 ➢垂直极化 线极化与大地垂直
双极化-同频收发一体
垂直极化波要用具有垂直极化特性的天线来接收， 水平极化波要用具有水平极化特性的天线来接收。 右旋圆极化波要用具有右旋圆极化特性的天线来接收， 左旋圆极化波要用具有左旋圆极化特性的天线来接收。
令 y x
Ey Em cos(t
合成后
2 2
)
Exm Em
Eym
sin(t),
Em ,
令
得
x
0
幅度常数
E
Ex2
E
2 y
Em
a arctan[ tan(t)] (t)
特点：合成波电场的大小不随时间改变，但方向却随时间变 化，电场的矢端在一个圆上并以角速度ω 旋转。这 种极化方式称之为圆极化。
波的极化
在给定空间点或面上，电场强度矢量的取向 随时间变化的特性。
Ex Exm cos(t kz x ) ,
Ey Eym cos(t kz y )
形象说明偏振片的原理
透振方向
横别扁担进不了城门！
自然光通过偏振片
P1
Ay
Ax
Ax = Ay
Baidu Nhomakorabea入射 的自然 光光强为I0
从P1出射线偏振 光光强为 I = I0 /2
电磁波的极化状态取决于Ex和EEy的y 振E幅ym 之co间s(和t 相k位z 之y间) 的关系，
分为：线极化、圆极化、椭圆极化。
极化的分类
➢ 线极化波
➢ 水平极化和垂直极化 ➢ 某角度极化（45度和135度）
➢ 圆极化波和椭圆极化波
➢ 左旋（椭）圆极化 ➢ 右旋（椭）圆极化
y
Ey
E
a
o
Ex
x
右旋圆极化波
y滞后，向y旋转，右旋 x滞后，向x旋转，左旋
正余弦的转换
sin(-a)=-sin(a) cos(-a)=cos(a) sin(π/2-a)=cos(a) cos(π/2-a)=sin(a) sin(π/2+a)=cos(a) cos(π/2+a)=-sin(a) sin(π-a)=sin(a) cos(π-a)=-cos(a) sin(π+a)=-sin(a) cos(π+a)=-cos(a)
当来波的极化方向与接收天线的极化方向不一致时， 接收到的信号都会变小，也就是说，发生极化损失。 例如：当 用+ 45° 极化天线接收垂直极化或水平极化波 时，或者，当用垂直极化天线接收 +45° 极化或 -45°极 化波时，等等情况下，都要产生极化损失。用圆极化 天线接收任一线极化波，或者，用线极化天线接收任 一圆极化波，等等情况下，也必然发生极化损失 -----只能接收到来波的一半能量。