极化波的介绍

电磁波在空间传播时，其电场矢量的瞬时取向称为极化。通常用电场强度矢量端点随着时间在空间描绘出的轨迹来表示电磁波的极化。波的极化也叫波的偏振。极化方式有两类：一种是线极化，一种是圆极化。其中在线极化方式下又分为水平极化和垂直极化，圆极化方式下又分左旋圆极化和右旋圆极化。

电磁波极化特性由什么决定

极化

在电动力学中，极化（或偏振）是波（如光和其他电磁辐射）的一个重要特性。与纵波如常见的声波不同，电磁波是三维的横波，正是由于其矢量特性，从而产生出极化这一现象。

类似于弹簧振子的振动现象（普通的光源都是非极性的，如：太阳光、灯光及其他的自然光）。极化光是一种比较特殊的电磁波，他的电磁振荡只发生在一个方向上，其他方向的振动为0，人的眼睛是分辨不出光是不是极性的。但是某些动物的眼睛正是利用光的极性来判断路途以及大迁徙（如：蜜蜂）。

在实验室也可以很容易的实现普通光的极化，如：射向界面的一束光，反射光线与折射光线都是部分极化光。当入射光以一特殊角度（θ B）射入时反射光线是极化光，这个角叫作起偏角或者布儒斯特角，此时反射光线与折射光线互相垂直。三维电影院所配发的眼镜也是极化片，互相垂直的极化片。

离子极化

在离子化合物中，正、负离子的电子云分布在对方离子的电场作用下，发生变形的现象。离子极化使正、负离子之间在原静电相互作用的基础上又附加以新的作用，它是由离子在极化时产生的诱导偶极矩μ引起的。μ与电场强度E的比值μ／E称为极化率，它可作为离子可极化性大小的量度。正、负离子虽可互相极化，但一般说，由于正离子半径小，电子云不易变形，可极化性小，主要作为极化者；负离子恰好相反，是被极化者。离子极化的结果使离子键成分减少，而共价键成分增加，从而产生一定的结构效应，影响化合物的物理、化学性质。离子极化可使键力加强、键长缩短、键的极性降低以至结构型式变异，从离子晶体的高对称结构向层型结构过渡。

电磁波的极化到底是什么？

电磁波的极化就是电场的方向，电磁波的极化分为水平线极化、垂直线极化、左旋圆极化、右旋圆极化四种。当无线电波的电场方向为水平（与地面方向一致），磁场方向为垂直就是水平线极化，电场方向为垂直（就是上下方向），磁场方向为水平就是垂直线极化，当无线电波的电场方向和磁场方向都顺时针转动（从发射方向看过去）就是右旋圆极化，当无线电波的电场方向和磁场方向都逆时针转动就是左旋圆极化，无线电波的电场方向、磁场方向、运动（传播）方向永远是互相垂直的X、Y、Z轴三个方向。形成四种无线电波的原因与发射天线的方向与设计有关，可参考相关书籍。

电磁波的极化方式有哪些分别用什么对应的天线接收

电磁波的极化方式有：

1、水平线极化：当无线电波的电场方向为水平（与地面方向一致），磁场方向为垂直就是水平线极化。

2、垂直线极化：电场方向为垂直（就是上下方向），磁场方向为水平就是垂直线极化。

3、左旋圆极化：当无线电波的电场方向和磁场方向都逆时针转动就是左旋圆极化，无线电波的电场方向、磁场方向、运动（传播）方向永远是互相垂直的X、Y、Z轴三个方向。

4、右旋圆极化：当无线电波的电场方向和磁场方向都顺时针转动（从发射方向看过去）就是右旋圆极化，形成四种无线电波的原因与发射天线的方向与设计有关。

注意事项：

对于单一频率的平面极化波，极化曲线是一椭圆（称极化椭圆），故称椭圆极化波。顺传播方向看去，若电场矢量的旋向为顺时针，符合右螺旋法则，称右旋极化波；若旋向为逆时针，符合左螺旋法则，称左旋极化波。

按极化椭圆的几何参数（见图极化椭圆的几何参数），可直观地对椭圆极化波作定量描述，即轴比（长轴与短轴之比）、极化方向角（长轴的斜角）和旋向（右旋或左旋）。轴比等于1的椭圆极化波称圆极化波，其极化曲线是一个圆，也分右旋或左旋两种旋向。

以上内容参考：百度百科--电磁波极化

哪位大侠可以通俗一点解释解释电磁波理论中的波形极化？

(1) 极化的概念

为了说明电磁波的场强方向的取向,接下来引入波的极化的概念.波的极化是指空间

固定点上场强方向随时间变化的方式,通常用电场强度矢量端点随着时间在空间描绘出的

轨迹来表示电磁波的极化,波的极化也叫波的偏振.前面介绍的均匀平面电磁波的电场强

度矢量端点在空间沿直线变化,画出的轨迹是一条直线,称此种波为线极化波.一般情况

下,对于沿z轴方向传播的均匀平面波,电场强度矢量应写成两个分量,其表达式为

kz

yx

kz

yxyx

yxEyExEyExEyExjj

m

j

m

j

00e)e^e^(e)^^(^^ +=+=+= E (5-4-1)

两个分量写成瞬时值为

+ =

+ =

)cos(

)cos(

m

m

yyy

xxx

kztEE

kztEE

ω

ω

(5-4-2)

此时合成矢量E随时间变化的矢量端点轨迹就不一定是一条直线,有可能是一个椭圆,也

有可能是一个圆,也就是说波的极化不一定是直线极化.对于按正弦规律变化的电磁波,

波的极化可分为直线极化,圆极化及椭圆极化三种.

(2) 平面电磁波的极化方式

① 直线极化

当电场的两个分量没有相位差(同相)或相位差o180(反相)时,合成电场矢量是直线极

化.

先讨论同相的情况,即yxkztkzt ω ω+ =+ ,也就是0 ==yx,则合成电磁

波的电场强度矢量的模为

)cos(0

2

m

2

m

22 ω+ +=+=kztEEEEEyxyx (5-4-3)

电场强度矢量与x轴正向夹角θ的正切为

===

m

mtan

x

y

x

y

E

E

E

E

θ常数 (5-4-4)

即=θ常数.如图5-4-1(a)所示(图中取0=z),虽然电场矢量E的大小随时间作正弦变化,

但其矢端轨迹是一条直线,故称为线极化(Linear Polarization).因此直线位于一,三象限,

所以也称为一,三象限线极化.

同理反相时,有π ±= yx,= ==

m

mtan

x

y

x

y

E

E

E

E

θ常数,如图5-4-1(b)所示,矢端

轨迹也是一条直线,不过此直线位于二,四象限,为二,四象限线极化.

- 2 - 电磁场与微波技术

当mmxyEE=时,

4

π

θ=(同相)或

4

3π

(反相);如果0=yE,则0=θ,电场E只有xE

分量,称E为x轴取向的线性极化波;如果0=xE,则

2

π

θ=,电场E只有yE分量,称E

为y轴取向的线性极化波.

对于时谐变电磁场的线极化波,某一时刻,在沿着传播方向的某一直线上各点的电场

强度矢量端点的轨迹如图5-4-2所示,此即线极化波的波形.

② 圆极化

当电场的两个分量振幅相等,相位相差

2

π

±时,合成的电场矢量端点的轨迹为一个圆,

称这样的波为圆极化波.

设mmmEEEyx==,

2

π

±= yx,0=z,则

)cos(mxxtEE ω+=,)sin()

2

cos(mmxxytEtEE ω

π

ω+±=+=m (5-4-5)

消去t得2

m

22EEEyx=+,此为圆心在原点,半径为mE的圆方程.合成电磁波的电场强度矢

量E的模及与x轴正向夹角θ分别为

m

22||EEEyx=+=E,)(

)(

)sin(

arctanx

x

xt

t

t

ω

ω

ω

θ+±=

+

+±

= (5-4-6)

可见E的大小不随时间变化,而E与x轴正向夹角θ随时间变化.因此合成电场强度矢量

的矢端轨迹为圆,称为圆极化(Circular Polarization).

由于θ的变化方式有两种,即θ以角速度ω随时间线性增加或线性减小,因此E矢端

沿圆轨迹的旋转方向不一样.如果

)(xt ωθ++=,如图5-4-3(a)所

示,电场矢量端点将以角速度ω

在xOy平面上沿逆时针方向作等

角速旋转.此时

2

π

= yx,即

xE的相位比yE超前

2

π,θ取正

值,并随时间的增加而增加.电场旋转方向与传播方向(此处为z+方向)符合右手定则,称

此情况为右旋圆极化.如果)(xt ωθ+ =,如图5-4-3(b)所示,E将以角速度ω在xOy平

图5-4-1 线极化

y

x O

θ

y

z=0

(a) 一,三象限线极化

Exm

Eym E

O

Exm

Eym

x

(b) 二,四象限线极化

z=0Eθ

y

xO

x

(a) 右旋圆极化

Ex

Ey

Eθ

ω

y

xO x

(b) 左旋圆极化

Ex

Ey

E θ ω

图5-4-3 圆极化

O

y

x

z图5-4-2 线极化波波形

某一时刻z轴上各点电场矢量的端点轨迹

电磁场与微波技术 - 3 -

面上沿顺时针方向作等角速旋转,此时

2

电磁波的极化 电磁波的极化怎么判断

π

= yx,即xE的相位比yE滞后

电磁波的极化 电磁波的极化怎么判断

2

π,θ取负

值,并随时间的增加而减小,电场旋转方向与传播方向符合左手螺旋关系,称此情况为左

旋圆极化[1].具体判断时也可按如下方式进行:将右手大姆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.

对于圆极化平面波,某一时刻,在沿着传

播方向的某一直线上各点的电场强度矢量端

点的轨迹如图5-4-4所示,此即圆极化波的波

形,此波形为螺旋形,螺旋天线就可以辐射这

样的电磁波.

③ 椭圆极化

如果xE和yE的振幅和相位为除①和②以外的任意数值,则合成电场矢量端点的轨迹

为椭圆,称这样的波为椭圆极化波.

取0=z,消去式(5-4-2)中的t,得

2

2

mmm

2

m

sincos

2

=

+

y

y

yx

yx

x

x

E

E

EE

EE

E

E

(5-4-7)

式中yx =.该式表示以xE和yE为变量的椭圆方程,

如图5-4-5所示.

该椭圆的中心在坐标原点,当

2

π

±= =yx时,椭

圆的长短轴在坐标轴上,当

2

π

±≠ =yx时,则长短轴

不在坐标轴上.根据左,右旋的定义,可知当π < 时为右旋椭圆极化,当0< < yx π时,为左旋椭圆极化.此时旋转的角速度不能简

单地认为还是常数ω,而是时间的函数.

通常用椭圆极化角和椭圆率这两个参量来表示椭圆极化特性.定义椭圆极化角为椭圆

长轴与x轴所夹的角,用θ表示,可以求得

2

m

2

m

mmcos2

2tan

yx

yx

EE

EE

=

θ (5-4-8)

定义椭圆率为椭圆短轴与长轴之比,用ρ表示,即

长轴短轴

=ρ

由定义可知极化角θ表示了椭圆的取向,椭圆率表示出了椭圆是扁的还是趋向于圆的,若

1→ρ则椭圆趋向于圆,若0→ρ则椭圆趋向于直线.其实直线极化与圆极化只是椭圆极

[6] 有关左,右旋的定义并不统一,在阅读有关参考书时须注意.这里采用IRE标准,此标准规定:观察

者顺着波传播方向看去,电场矢量在横截面内的旋转方向为顺时针,则定为右旋极化,反之则为左旋极化.

y

x O Ex

Ey

E

θ

图5-4-5 椭圆极化

z

x

y

ω

O

图5-4-4 圆极化波波形(右旋)

- 4 - 电磁场与微波技术

化的一种特例.

前面讨论的不同极化(偏振)可看作若干个具有同传播方向同频率的平面电磁波合成的

结果.若场矢量具有任意的取向,任意的振幅和杂乱的相位,则合成波将是杂乱的.

圆极化波在雷达,导航,制导,通信和电视广播上被广泛采用.因为一个线极化波可

以分解为两个振幅相等,旋向相反的圆极化波,一个椭圆极化波可以分解成两个不等幅的,

旋向相反的圆极化波.用圆极化天线来接收信号的话,不管发射的极化方式如何肯定能收

到信号,不会出现失控的情况.

例5-4-1 判断下列平面电磁波的极化方式

(1) )

4

sin(4^)

4

cos(3^

π

βω

π

βω+ + =xtzxtyE

(2) kzyxEj

0e)^j^( + =E

(3) kyzxEj

0e)^j2^( +=E

(4) yzx)120j01.0(e)25^j25^(+ + =E

解 (1) )

4

cos(3

π

βω =xtEy,)

4

cos(4)

4

sin(4

π

βω

π

βω =+ =xtxtEz,波

沿x轴正向传播,

4

π

==zy,xE与yE同相,所以波为一,三象限的直线极化波.

(2) 此为复数形式,由于2

j

j2

j

0

j

0ee)^e^(e)^^(jj

ππ

kzkzyxEyxE +=+=E,可以看出xE

和yE振幅相等,且xE相位超前yE相位

2

π

,电磁波沿z+方向传播,故为右旋圆极化波.

(3) ykzxEj2

j

0e)e^2^( +=

π

E,zE相位比xE超前

2

π

,振幅

不相等,所以为椭圆极化,又从ykje 可知波沿y+方向传播,所

以E的旋转方向如图5-4-6所示,可见此电磁波为右旋椭圆极化

波.

(4) yyzx120j2

j

01.0e)^e^(e25

+=

π

E,在空间固定点,xE与zE振幅相等,且zE相位

比xE超前

2

π

,波沿y+方向传播,所以此波为右旋圆极化波.顺便提一下,y01.0e 在此表

明波沿y+方向衰减程度.

5.4.2 色散与群速

我们熟知,当一束太阳光射到三棱镜上时,在三棱镜的另一边就可看到红,橙,黄,

绿,蓝,靛,紫的彩色光,这就是光谱段电磁波的色散现象,原因是由于不同频率的单色

光在同一媒质中具有不同的折射率(即具胡不同的相速度)所导致的.

媒质的色散是由于媒质的参数ε, 和σ与频率有关.理想媒质其参数不随频率而变,

则称是非色散媒质.如果是有耗媒质,在交变电磁场情况下,媒质的带电粒子的运动跟不

上交变场的变化而产生滞后现象,此时要引入复介电常数,此复介电常数与频率有关,所

以有耗媒质有色散特性.当交变电磁场的频率接近于媒质的固有频率时,带电粒子将从交

y

x

O

E

电磁波的极化 电磁波的极化怎么判断

图5-4-6 例5-4-1(3)用图

z

ω

电磁场与微波技术 - 5 -

变场中吸收能量而造成散射损耗.

波的色散是指波的相速与频率有关.在有耗媒质中的电磁波,相速与频率有关,所以

其中传播的电磁波必然要发生色散.由于

ε β

ω1

p==v,波的相速度只取决于媒质的参

数ε和 ,因此对于理想媒质波的相速与频率无关.对于非理想媒质,介电常数ε是频率ω

的函数,β为ω的复杂函数,在这种情况下相速pv与频率有关.如良导体中的相速为

σ

ω

β

ω2

p==v.引起波的色散的原因是多方面的,这里讨论的是由于媒质的色散引起波

的色散.要了解更详细的介绍请读者自行查阅有关参考书.

当包含不同频率的信号加到电磁波载体上时,如果信号所包含的各频率分量相速不等,

那么信号传播一段距离后,信号各分量合成的波形将与起始时的波形不同,引起信号的波

形失真,称这种失真为色散失真.图5-4-7表示矩形脉冲波(可利用傅里叶展开将其表示为

无数不同频率正弦波的叠加)经过光纤长距离传输后因色散而畸变为钟形波(各种不同频率

正弦波叠加后不再是矩形脉冲波).光脉冲变宽后有可能使接收端的前后两个脉冲无法分辨.

场强表达式以)cos(^

0kztEx =ωE形式表示的平面波是在时间,空间上无限延伸的单

一频率的电磁波,称之为单色波,一个单一

频率的正弦电磁波不能传播信号,并且理想

的单频正弦电磁波实际上是不存在的,信号

加到电磁波上就不再是单色波.实际工程中

的电磁波在时间和空间上是有限的,它由不

同频率的正弦波(谐波)叠加而成,称为非单

色波,是以某种频率0ω为载波频率的有狭

窄频带ω 的波,称为波包,如图5-4-8所

示,这是按正弦变化的调制波,虚线为信号的包络,此包络移动的相速度称为群速,用gv表

示,从图可以看出gv与相速度pv是不一样的概念.pv是信号等相位面的速度,而gv是包

络波等相位点推进的速度.由于群速是波的包络上一个点的传播速度,对于频谱很宽的信

号,其包络在传播过程中发生畸变,即包络形状将随波的传播而变化,此时群速已无意义,

所以群速只对窄频带信号有意义.

对于窄频带信号(ωω <

β

ω

d

d

g=v (5-4-9)

图5-4-7 矩形脉冲波经过光纤传输后变成钟形波

图5-4-8 相速与群速

O

vp(波的运动) vg(包络运动)

- 6 - 电磁场与微波技术

而相速

β

ω

=pv,相速与群速之间的大小关系由相速随频率的变化关系决定.可以证明,当

相速不随频率变化时,即0

d

dp=

ω

v

,则pgvv=,群速等于相速,此时的媒质为非色散媒质;

当0

d

dp<

ω

v

时,pgvv

ω

v

时,pgvv>,

即群速大于相速,称此种情况为反常色散,导体中的色散就是反常色散.可以对正常色散

及反常色散现象加以利用,使其相互补偿,从而改善相位频率特性.

电磁波理论中的波形极化是什么？

(1) 极化的概念

为了说明电磁波的场强方向的取向,接下来引入波的极化的概念.波的极化是指空间

固定点上场强方向随时间变化的方式,通常用电场强度矢量端点随着时间在空间描绘出的

轨迹来表示电磁波的极化,波的极化也叫波的偏振.前面介绍的均匀平面电磁波的电场强

度矢量端点在空间沿直线变化,画出的轨迹是一条直线,称此种波为线极化波.一般情况

下,对于沿z轴方向传播的均匀平面波,电场强度矢量应写成两个分量,其表达式为

kz

yx

kz

yxyx

yxEyExEyExEyExjj

m

j

m

j

00e)e^e^(e)^^(^^ +=+=+= E (5-4-1)

两个分量写成瞬时值为

+ =

+ =

)cos(

)cos(

m

m

yyy

xxx

kztEE

kztEE

ω

ω

(5-4-2)

此时合成矢量E随时间变化的矢量端点轨迹就不一定是一条直线,有可能是一个椭圆,也

有可能是一个圆,也就是说波的极化不一定是直线极化.对于按正弦规律变化的电磁波,

波的极化可分为直线极化,圆极化及椭圆极化三种.

(2) 平面电磁波的极化方式

① 直线极化

当电场的两个分量没有相位差(同相)或相位差o180(反相)时,合成电场矢量是直线极

化.

先讨论同相的情况,即yxkztkzt ω ω+ =+ ,也就是0 ==yx,则合成电磁

波的电场强度矢量的模为

)cos(0

2

m

2

m

22 ω+ +=+=kztEEEEEyxyx (5-4-3)

电场强度矢量与x轴正向夹角θ的正切为

===

m

mtan

x

y

x

y

E

E

E

E

θ常数 (5-4-4)

即=θ常数.如图5-4-1(a)所示(图中取0=z),虽然电场矢量E的大小随时间作正弦变化,

但其矢端轨迹是一条直线,故称为线极化(Linear Polarization).因此直线位于一,三象限,

所以也称为一,三象限线极化.

同理反相时,有π ±= yx,= ==

m

mtan

x

y

x

y

E

E

E

E

θ常数,如图5-4-1(b)所示,矢端

轨迹也是一条直线,不过此直线位于二,四象限,为二,四象限线极化.

- 2 - 电磁场与微波技术

当mmxyEE=时,

4

π

θ=(同相)或

4

3π

(反相);如果0=yE,则0=θ,电场E只有xE

分量,称E为x轴取向的线性极化波;如果0=xE,则

2

π

θ=,电场E只有yE分量,称E

为y轴取向的线性极化波.

对于时谐变电磁场的线极化波,某一时刻,在沿着传播方向的某一直线上各点的电场

强度矢量端点的轨迹如图5-4-2所示,此即线极化波的波形.

② 圆极化

当电场的两个分量振幅相等,相位相差

2

π

±时,合成的电场矢量端点的轨迹为一个圆,

称这样的波为圆极化波.

设mmmEEEyx==,

2

π

±= yx,0=z,则

)cos(mxxtEE ω+=,)sin()

2

cos(mmxxytEtEE ω

π

ω+±=+=m (5-4-5)

消去t得2

m

22EEEyx=+,此为圆心在原点,半径为mE的圆方程.合成电磁波的电场强度矢

量E的模及与x轴正向夹角θ分别为

m

22||EEEyx=+=E,)(

)(

)sin(

arctanx

x

xt

t

t

ω

ω

ω

θ+±=

+

+±

= (5-4-6)

可见E的大小不随时间变化,而E与x轴正向夹角θ随时间变化.因此合成电场强度矢量

的矢端轨迹为圆,称为圆极化(Circular Polarization).

由于θ的变化方式有两种,即θ以角速度ω随时间线性增加或线性减小,因此E矢端

沿圆轨迹的旋转方向不一样.如果

)(xt ωθ++=,如图5-4-3(a)所

示,电场矢量端点将以角速度ω

在xOy平面上沿逆时针方向作等

角速旋转.此时

2

π

= yx,即

xE的相位比yE超前

2

π,θ取正

值,并随时间的增加而增加.电场旋转方向与传播方向(此处为z+方向)符合右手定则,称

此情况为右旋圆极化.如果)(xt ωθ+ =,如图5-4-3(b)所示,E将以角速度ω在xOy平

图5-4-1 线极化

y

x O

θ

y

z=0

(a) 一,三象限线极化

Exm

Eym E

O

Exm

Eym

x

(b) 二,四象限线极化

z=0Eθ

y

xO

x

(a) 右旋圆极化

Ex

Ey

Eθ

ω

y

xO x

(b) 左旋圆极化

Ex

Ey

E θ ω

图5-4-3 圆极化

O

y

x

z图5-4-2 线极化波波形

某一时刻z轴上各点电场矢量的端点轨迹

电磁场与微波技术 - 3 -

面上沿顺时针方向作等角速旋转,此时

2

π

= yx,即xE的相位比yE滞后

2

π,θ取负

值,并随时间的增加而减小,电场旋转方向与传播方向符合左手螺旋关系,称此情况为左

旋圆极化[1].具体判断时也可按如下方式进行:将右手大姆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.

对于圆极化平面波,某一时刻,在沿着传

播方向的某一直线上各点的电场强度矢量端

点的轨迹如图5-4-4所示,此即圆极化波的波

形,此波形为螺旋形,螺旋天线就可以辐射这

样的电磁波.

③ 椭圆极化

如果xE和yE的振幅和相位为除①和②以外的任意数值,则合成电场矢量端点的轨迹

为椭圆,称这样的波为椭圆极化波.

取0=z,消去式(5-4-2)中的t,得

2

2

mmm

2

m

sincos

2

=

+

y

y

yx

yx

x

x

E

E

EE

EE

E

E

(5-4-7)

式中yx =.该式表示以xE和yE为变量的椭圆方程,

如图5-4-5所示.

该椭圆的中心在坐标原点,当

2

π

±= =yx时,椭

圆的长短轴在坐标轴上,当

2

π

±≠ =yx时,则长短轴

不在坐标轴上.根据左,右旋的定义,可知当π < 时为右旋椭圆极化,当0< < yx π时,为左旋椭圆极化.此时旋转的角速度不能简

单地认为还是常数ω,而是时间的函数.

通常用椭圆极化角和椭圆率这两个参量来表示椭圆极化特性.定义椭圆极化角为椭圆

长轴与x轴所夹的角,用θ表示,可以求得

2

m

2

m

mmcos2

2tan

yx

yx

EE

EE

=

θ (5-4-8)

定义椭圆率为椭圆短轴与长轴之比,用ρ表示,即

长轴短轴

=ρ

由定义可知极化角θ表示了椭圆的取向,椭圆率表示出了椭圆是扁的还是趋向于圆的,若

1→ρ则椭圆趋向于圆,若0→ρ则椭圆趋向于直线.其实直线极化与圆极化只是椭圆极

[6] 有关左,右旋的定义并不统一,在阅读有关参考书时须注意.这里采用IRE标准,此标准规定:观察

者顺着波传播方向看去,电场矢量在横截面内的旋转方向为顺时针,则定为右旋极化,反之则为左旋极化.

y

x O Ex

Ey

E

θ

图5-4-5 椭圆极化

z

x

y

ω

O

图5-4-4 圆极化波波形(右旋)

- 4 - 电磁场与微波技术

化的一种特例.

前面讨论的不同极化(偏振)可看作若干个具有同传播方向同频率的平面电磁波合成的

结果.若场矢量具有任意的取向,任意的振幅和杂乱的相位,则合成波将是杂乱的.

圆极化波在雷达,导航,制导,通信和电视广播上被广泛采用.因为一个线极化波可

以分解为两个振幅相等,旋向相反的圆极化波,一个椭圆极化波可以分解成两个不等幅的,

旋向相反的圆极化波.用圆极化天线来接收信号的话,不管发射的极化方式如何肯定能收

到信号,不会出现失控的情况.

例5-4-1 判断下列平面电磁波的极化方式

(1) )

4

sin(4^)

4

cos(3^

π

βω

π

βω+ + =xtzxtyE

(2) kzyxEj

0e)^j^( + =E

(3) kyzxEj

0e)^j2^( +=E

(4) yzx)120j01.0(e)25^j25^(+ + =E

解 (1) )

4

cos(3

π

βω =xtEy,)

4

cos(4)

4

sin(4

π

βω

π

βω =+ =xtxtEz,波

沿x轴正向传播,

4

π

==zy,xE与yE同相,所以波为一,三象限的直线极化波.

(2) 此为复数形式,由于2

j

j2

j

0

j

0ee)^e^(e)^^(jj

ππ

kzkzyxEyxE +=+=E,可以看出xE

和yE振幅相等,且xE相位超前yE相位

2

π

,电磁波沿z+方向传播,故为右旋圆极化波.

(3) ykzxEj2

j

0e)e^2^( +=

π

E,zE相位比xE超前

2

π

,振幅

不相等,所以为椭圆极化,又从ykje 可知波沿y+方向传播,所

以E的旋转方向如图5-4-6所示,可见此电磁波为右旋椭圆极化

波.

(4) yyzx120j2

j

01.0e)^e^(e25

+=

π

E,在空间固定点,xE与zE振幅相等,且zE相位

比xE超前

2

π

,波沿y+方向传播,所以此波为右旋圆极化波.顺便提一下,y01.0e 在此表

明波沿y+方向衰减程度.

5.4.2 色散与群速

我们熟知,当一束太阳光射到三棱镜上时,在三棱镜的另一边就可看到红,橙,黄,

绿,蓝,靛,紫的彩色光,这就是光谱段电磁波的色散现象,原因是由于不同频率的单色

光在同一媒质中具有不同的折射率(即具胡不同的相速度)所导致的.

媒质的色散是由于媒质的参数ε, 和σ与频率有关.理想媒质其参数不随频率而变,

则称是非色散媒质.如果是有耗媒质,在交变电磁场情况下,媒质的带电粒子的运动跟不

上交变场的变化而产生滞后现象,此时要引入复介电常数,此复介电常数与频率有关,所

以有耗媒质有色散特性.当交变电磁场的频率接近于媒质的固有频率时,带电粒子将从交

y

x

O

E

图5-4-6 例5-4-1(3)用图

z

ω

电磁场与微波技术 - 5 -

变场中吸收能量而造成散射损耗.

波的色散是指波的相速与频率有关.在有耗媒质中的电磁波,相速与频率有关,所以

其中传播的电磁波必然要发生色散.由于

ε β

ω1

p==v,波的相速度只取决于媒质的参

数ε和 ,因此对于理想媒质波的相速与频率无关.对于非理想媒质,介电常数ε是频率ω

的函数,β为ω的复杂函数,在这种情况下相速pv与频率有关.如良导体中的相速为

σ

ω

β

ω2

p==v.引起波的色散的原因是多方面的,这里讨论的是由于媒质的色散引起波

的色散.要了解更详细的介绍请读者自行查阅有关参考书.

当包含不同频率的信号加到电磁波载体上时,如果信号所包含的各频率分量相速不等,

那么信号传播一段距离后,信号各分量合成的波形将与起始时的波形不同,引起信号的波

形失真,称这种失真为色散失真.图5-4-7表示矩形脉冲波(可利用傅里叶展开将其表示为

无数不同频率正弦波的叠加)经过光纤长距离传输后因色散而畸变为钟形波(各种不同频率

正弦波叠加后不再是矩形脉冲波).光脉冲变宽后有可能使接收端的前后两个脉冲无法分辨.

场强表达式以)cos(^

0kztEx =ωE形式表示的平面波是在时间,空间上无限延伸的单

一频率的电磁波,称之为单色波,一个单一

频率的正弦电磁波不能传播信号,并且理想

的单频正弦电磁波实际上是不存在的,信号

加到电磁波上就不再是单色波.实际工程中

的电磁波在时间和空间上是有限的,它由不

同频率的正弦波(谐波)叠加而成,称为非单

色波,是以某种频率0ω为载波频率的有狭

窄频带ω 的波,称为波包,如图5-4-8所

示,这是按正弦变化的调制波,虚线为信号的包络,此包络移动的相速度称为群速,用gv表

示,从图可以看出gv与相速度pv是不一样的概念.pv是信号等相位面的速度,而gv是包

络波等相位点推进的速度.由于群速是波的包络上一个点的传播速度,对于频谱很宽的信

号,其包络在传播过程中发生畸变,即包络形状将随波的传播而变化,此时群速已无意义,

所以群速只对窄频带信号有意义.

对于窄频带信号(ωω <

β

ω

d

d

g=v (5-4-9)

图5-4-7 矩形脉冲波经过光纤传输后变成钟形波

图5-4-8 相速与群速

O

vp(波的运动) vg(包络运动)

- 6 - 电磁场与微波技术

而相速

β

ω

=pv,相速与群速之间的大小关系由相速随频率的变化关系决定.可以证明,当

相速不随频率变化时,即0

d

dp=

ω

v

,则pgvv=,群速等于相速,此时的媒质为非色散媒质;

当0

d

dp<

ω

v

时,pgvv

ω

v

时,pgvv>,

即群速大于相速,称此种情况为反常色散,导体中的色散就是反常色散.可以对正常色散

及反常色散现象加以利用,使其相互补偿,从而改善相位频率特性.

电磁波极化是指什么 它有哪些基本类型··· 如题··

电磁波极化是指电磁波电场强度的取向和幅值随时间而变化的性质,在光学中称为偏振.如果这种变化具有确定的规律,就称电磁波为极化电磁波（简称极化波）.如果极化电磁波的电场强度始终在垂直于传播方向的（横）平面内取向,其电场矢量的端点沿一闭合轨迹移动,则这一极化电磁波称为平面极化波.电场的矢端轨迹称为极化曲线,并按极化曲线的形状对极化波命名.电磁波的极化形式可分为线极化波和圆极化波,线极化波又可分为水平极化和垂直极化波,圆极化波根据电场旋转方向不同又可分为左旋和右旋圆极化波.

电磁波极化的介绍

电磁波电场强度的取向和幅值随时间而变化的性质，在光学中称为偏振。如果这种变化具有确定的规律，就称电磁波为极化电磁波（简称极化波）。如果极化电磁波的电场强度始终在垂直于传播方向的（横）平面内取向，其电场矢量的端点沿一闭合轨迹移动，则这一极化电磁波称为平面极化波。电场的矢端轨迹称为极化曲线，并按极化曲线的形状对极化波命名。

极化的类型

对于单一频率的平面极化波，极化曲线是一椭圆（称极化椭圆），故称椭圆极化波。顺传播方向看去，若电场矢量的旋向为顺时针，符合右螺旋法则，称右旋极化波；若旋向为逆时针，符合左螺旋法则，称左旋极化波。按极化椭圆的几何参数（见图）,可直观地对椭圆极化波作定量描述,即轴比 ρ(长轴与短轴之比，

(4)

对比均匀无耗传输线问题,若ρ表示电压驻波比、Γ 表示电压反射系数、Z表示归一化输入阻抗，则 (3)、(4)两式恰是传输线的基本关系式。于是,圆图可用作分析和计算传输线的各种图解工具。特别是各种阻抗圆图如史密斯圆图、卡特圆图等，也可以应用于电磁波极化参数的分析和计算，并相应地改称为极化圆图。

此外,根据轴比ρ、极化方向角ψ和极化比|Z|、线极化分量相位差（δH-δV）之间的关系式，还可以建立单位球表面各点与各种椭圆极化状态之间的一一对应关系。这种标有极化状态的单位球称为庞加莱球，极化圆图实质上就是这个球面上各种极化参数的等值线在赤道平面上的投影。

极化的利用

发射和接收电磁波的天线都具有确定的极化性质，可根据其用作发射天线时在最强辐射方向上的电磁波极化而命名。例如，水平或垂直极化天线辐射水平或垂直极化波；右旋或左旋（椭）圆极化天线辐射右旋或左旋（椭）圆极化波。通常为了在收发天线之间实现最大的功率传输，应采用极化性质相同的发射天线和接收天线，这种配置条件称为极化匹配。有时为了避免对某种极化波的感应，采用极化性质与之正交的天线，如垂直极化天线与水平极化波正交；右旋圆极化天线与左旋圆极化波正交。这种配置条件称为极化隔离。

此外,在遥感、雷达目标识别等信息检测系统中,散射波的极化性质还能提供幅度、相位信息之外的附加信息。极化

在电动力学中，极化（或偏振）是波（如光和其他电磁辐射）的一个重要特性。与纵波如常见的声波不同，电磁波是三维的横波，正是由于其矢量特性，从而产生出极化这一现象。