电磁波极化及其应用
(8)
式(8)第一式为圆方程,圆半径为 ,而方 向角随时间以角速度 ω 匀速变换,电场强度矢量 尖端描绘的轨迹是圆,称作圆极化波。
2 圆极化旋向
根据式(2)和式(8),圆极化方向角与相位 差 Δφ 的关系为
(9) 这里的相位差是 Ey 相对于 Ex 分而言的,换 句话说,就是以 Ex 分量做相位参考,当 Δφ=π/ 2 时,方向角随时间增大而减小,电场强度矢量做 逆时针方向旋转,为左旋圆极化波;当 Δφ=-π/ 2 时方向角随时间增大而增大,电场强度矢量做顺 时针方向旋转,为右旋圆极化波。这样,根据 Ey 和 Ex 分量的相位关系便可确定圆极化波的旋转 方向。
3 电磁波极化的应用
3.1 利用极化实现最佳发射和接收 无线电技术中,利用不同极化的电磁波具有
不同的传播特性,结合收发天线的极化特性, 可 实现无线电信号的最佳发射和接收。例如,中波 广播采用垂直极化波。在工程上以大地作参照物, 电场垂直于大地的电磁波叫垂直极化波,而电场 平行于大地的电磁波叫水平极化波。中波广播之
关键词:电磁波;极化;无线电;通信;广播
Polarization of electromagnetic wave and its applications
TAN yue
(School of Science, Beijing university of posts and telecommunications, Beijing, China)
在二十世纪五十年代初已有人开始研究电磁 波的极化状态。近二十年,在通信、导航和雷达 等方面逐步得到应用,并获得许多推动科学发展 的成果。虽然在电磁场与电磁波教材中,电磁波 极化的定义有不同的描述,但其基本含义相同, 即极化是指在空间固定点处电磁波电场强度矢量 的方向随时间变化的方式,通常根据电磁波电场 强度矢量的端点随时间在空间描绘的轨迹分类。 一般分为直线极化、圆极化和椭圆极化等方式。 而根据极化轨迹的绕行方向,圆极化和椭圆极化 又分为左旋和右旋两种。本文解释了几个有关极 化的基本概念和集中在无线电频率范围内的电磁 波极化的应用。
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所以采用垂直极化波,是因为中波广播的传播方 式为地面波传播,而电场垂直于地面的线极化波 沿地球表面传播时,其损耗远小于电场平行于地 面传播时的损耗。故调幅电台发射的电磁波的电 场强度矢量是与地面垂直的线极化波,收听者想 得到最佳的收音效果,应将收音机的天线调整到 与电场平行的位置,即
(北京邮电大学,北京市,100876)
摘 要:极化是电磁波的重要特性,是电磁场与电磁波课程教学中的重点内容之一。本文介绍了电磁波极化的几 种不同形式,讨论了线极化、圆极化、椭圆极化电磁波的合成与分解,说明了左旋圆极化波和右旋圆极化波旋向 的判定方式。电磁波极化在通信、导航和雷达等方面有着重要应用。因此,本文着重讨论了电磁波极化在通信、 雷达和抗干扰等方面的应用。
(1) 与 分量的相位差为
(2) 求解式(1)得电场强度矢量变化轨迹方程为
1 电磁波的极化
直线和圆可以看作椭圆的特殊形式。因此, 可以用椭圆极化的公式讨论各种极化问题。根据 电磁波理论,沿+ z 轴方向传输的正弦平面电磁波 的电场强度可以表示为
(3)
此式为关于 与 的椭圆方程,任意时刻在 垂直于 z 轴的横截面上,其图形为椭圆轨迹。电 场强度矢量的振幅、与+ x 轴的夹角(方向角)以
(7) = π 时,情况类似,不作叙述。上述结果表 明,当 与 分量同相或反相时,电场强度的振 幅随时间变化,但方向角与时间无关,即电场强 度矢量尖端描绘的轨迹是一条直线,称作直线极 化波,如图 2 所示.当 与 分量同相时,方向角 为正,反相时方向角为负。当 与 分量的振幅 相等时,方向角为±45°。
Abstract: Polarization is the important characteristic of electromagnetic wave and one of the key contents in the course of electromagnetic and electromagnetic waves. Several different forms of electromagnetic wave polarization are introduced in this paper. And the synthesis and decomposition of electromagnetic wave of linear polarization, circular polarization and elliptical polarization are discussed. The method to judge the rotation direction of the circular polarized wave and the right circular polarized wave is described. The electromagnetic wave polarization has important applications in communication, navigation and radar. So, the application of electromagnetic polarization in communication, radar and anti-jamming is discussed in this paper. Keywords: electromagnetic wave; polarization; radio; communication; broadcast
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及椭圆长轴与 x 轴的夹角(倾斜角 θ)分别为 (4) (5)
1.2 圆极化
令 = π/ 2 且
,选观察点为
z=0 平面,代入式(3)~(5)得电场矢量变化轨 迹、电场强度矢量的振幅及其方向角和倾斜角分 别为
(6) 式(1)~(6)即为分析平面电磁波极化特性 的理论基础。 1.1 线极化 令 = 0 ,即 与 分量同相,并选观察点 为 z= 0 平面,代入式(3)~(6)得电场矢量变 化轨迹、电场强度矢量的振幅及其方向角、倾斜 角分别为