电磁波的极化

第六章平面电磁波6.3电磁波的极化主要内容线极化波圆极化波椭圆极化波学习目的掌握极化的定义、分类灵活判定波的极化方式6.3.1极化的概念极化是指电场强度E的矢端在空间固定点上随时间的变化所描绘的轨迹。1.若矢端轨迹是一条直线，称该波为线极化波。2.若矢端轨迹是圆，称该波为圆极化波。3.若矢端轨迹为椭圆，称该波为椭圆极化波。波的极化描述在电磁波传播过程中E/H方向的变化。一般情况下，E、H在等相位面上有两个分量，下面以E为例讨论。设电磁波沿+z方向传播。xxyyEeEeE其中cosxxmxEEtkzcosyymyEEtkz6.3.2极化形式1.线极化0cosxxmEEtkz0cosyymEEtkz设初相位为0cosxxmEEtkzcosyymEEtkz在z=0的等相位面上cosxxmEEtcosyymEEt（1）若Ex、Ey相位相同，即0xyEyExyx0合成电磁波场强的大小为2222cosxyxmymEEEEEt合场强的方向用E与x轴的夹角表示yymxxmEEarctgarctgEE=常数0可以看出，合场强的大小随时间t作正弦变化，而合场强的方向与x轴保持恒定的夹角，即方向不变，说明电场矢量的矢端轨迹为一条直线，这种波称为线极化波。一、三象限EyExyx0E空间固定点处E的变化（2）若Ex、Ey相位差为π即πxycosxxmEEtcosπcosyymymEEtEt合成电磁波场强的大小为2222cosxyxmymEEEEEt合场强的方向与x轴的夹角为yymxxmEEarctgarctgEE=常数0二、四象限EyExEyx0设初相位0，在z=0的等相位面上有x当E的两个分量相位差为0、π时，E的矢端轨迹均沿直线变化，波均为线极化波。如果合场强矢量只在水平方向上变化，称为水平极化波；如果只在垂直方向上变化，称为垂直极化波。前两节中设就是沿x方向的线极化波。xxEeE两个相位相同，振幅不等的空间相互正交的线极化平面波，合成后仍然形成一个线极化平面波。反之，任一线极化波可以分解为两个相位相同，振幅不等的空间相互正交的线极化波。2.圆极化波若Ex、Ey相位差为π/2，即，π2xycosxxmEEtkzπcossin2yymymEEtkzEtkzcoscosxxmmEEtEtsinsinyymmEEtEt合成电磁波场强的大小为22xymEEEE合场强的方向与x轴的夹角为yxEarctgtE=常数若Ex、Ey振幅相等，即，在z=0的等相位面上xmymmEEEEyExEyx0t由此可见，合场强的模为一定值，方向以角速度ω逆时针旋转，故电场强度的矢端轨迹为一圆，这种波称为圆极化波。当时π2xy合成电磁波场强的大小为22xymEEEE合场强的方向与x轴的夹角为yxEarctgtE由此可见，合场强的模为一定值，方向以角速度ω顺时针旋转，故电场强度的矢端轨迹仍为一圆，这种波称为圆极化波。圆极化波根据场强矢量E的旋转方向，可将其分为左旋圆极化波和右旋圆极化波。它们的判定如下：若，表示E以角频率ω在xoy平面上沿逆时针旋转；其旋转方向与传播方向成右手关系。此时称波为右旋圆极化波。yxEarctgEt若，表示E以角频率ω在xoy平面上沿顺时针旋转；其旋转方向与传播方向成左手关系。此时称波为左旋圆极化波。yxEarctgEtEyExEyx0左旋右旋Ey比Ex滞后Ey比Ex超前x-y=90ºEx分量超前Ey分量90°xyxy左旋极化波右旋极化波x-y=-90ºEx分量落后Ey分量90°不同旋转方向的圆极化波3.椭圆极化波cosxxmEEtsinyymEEt两式移项，平方相加得22221yxxmymEEEE若Ex、Ey振幅不等，即，在z=0的等相位面上xmymEE若Ex、Ey相位差为π/2，即，π2xycosxxmEEtkzπcossin2yymymEEtkzEtkz显然上式说明的矢端轨迹为一椭圆，这种波称为椭圆极化波。长短轴与坐标轴吻合。EyxEymExmEcosxxmxEEtkzcosyymyEEtkz可得2222cossinyyxxxmxmymymEEEEEEEE其中xy若Ex、Ey振幅不等，且二者相位差不是π/2，即。则由π2xy可见，合场强的矢端轨迹仍为一椭圆，只是长短轴不再与坐标轴吻合。Eyxx'y'EymExmE一般来讲，任何极化波均可以分解为两个极化方向相互垂直的线极化波，也可以分解为两个旋转方向相反的圆极化波（见例6-6）。（2）若，为右旋椭圆极化波；若，为左旋椭圆极化波。d0dtd0dt（1）当0时，Ey分量比Ex滞后，与传播方向形成右旋椭圆极化波；当0时，Ey分量比Ex超前，与传播方向形成左旋椭圆极化波。zeze同样，椭圆极化波根据场强矢量的旋转方向，也可将其分为左旋椭圆极化波和右旋椭圆极化波。其判定方法有两种:E极化的方向为平面波电场强度矢量的方向，表征E的方向随时间变化的特性，并用E的端点在空间描绘出的轨迹来表示。极化是电磁场的重要特性。EH总结若0xy波为一、三象限线极化波。若πxy波为二、四象限线极化波。若π2xy且振幅相等，表示超前，为左旋圆极化波。y若π2xy且振幅相等，表示超前，为右旋圆极化波。x若π2xy但振幅不等，表示超前，为左椭旋圆极化波。y若π2xy但振幅不等，表示超前，为右旋椭圆极化波。x坐标轴吻合其余情况均为椭圆极化波。例6-7判断下列平面电磁波的极化形式：000420π(1)()(2)(2)(3)(3)(4)()10jkzxyjkzxyjkyxzjzxyEEejeeEEjejeeEEejeeEejee解：(1)右旋圆极化波(2)二、四象限的线极化波(3)右旋椭圆极化波(4)左旋圆极化波作业：P2146-19