电波的极化特性

电波的极化特性

由天线辐射原理可知，自由空间电磁波通常以电场的取向作为电波极化方向。是随时间而变化的，如果的矢量端点随时间变化的轨迹是一直线，则称此电波为线极化波。若的大小不变而方向随时间而变，在观察点处与传播方向垂直的平面内，矢量端点的变化轨迹是一个圆，称为圆极化波。的大小和方向都随时间变化，矢量端点的轨迹为椭圆的波则叫椭圆极化波3种不同极化波。     （一）线极化     在三维空间，沿 Z 轴方向传播的电磁波，其瞬时电场可写为： = + （3-8）     若=ExmCOS(wt+θx),=EymCOS(wt+θy) ，且与的相位差为nπ(n=1,2,3,…) ，则合成矢量的模为: （3-9）     这是一个随时间变化而变化的量，合成矢量的相位θ为： （3-10）     合成矢量的相位为常数。可见合成 矢量的端点的轨迹为一条直线。     与传播方向构成的平面称为极化面，当极化面与地面平行时，为水平极化，如图3-17（a）；当极化面与地面垂直时，为垂直极化波，如图3-17（b）。    （二）圆极化     若与的幅度相等，相位差为(2n+1)π/2 时，则 : （3-11）     是常数，而相位随时间t而变化： （3-12）     故合成矢量端点的轨迹为一个圆。     根据电场旋转方向不同，圆极化可分为右旋和左旋两种。观察者沿波的传播方向看去，电场矢量在截面内顺时针方向旋转（满足右手定测）称右旋极化如图3-17（c），逆时针方向旋转（满足左手定测）称左旋转化如图3-17（d）。     因此，若超前 π/2 ，则为右旋极化波，若落后 π/2 ，则为左旋极化波。    （三）椭圆极化     若与的幅度和相位差均不满足上述条件时，合成矢量端点的轨迹为一个椭园。椭圆极化波的椭圆长短轴之比，称为轴比，当椭圆的轴比等于1，椭圆极化波即是圆极化波。当轴化为∞时，电波的极化为线极化。     根据电场旋转方向不同，椭圆极化和圆极化可分为右旋和左旋两种。观察者沿波的传播方向看去，电场矢量在截面内顺时针方向旋称右旋极化，逆时针方向旋转称左旋转化。     电波的极化特性是由发射天线决定的，反过来不同极化的电波则要求天线与之极化匹配，即线极化天线只能辐射或接收线极化波，并且，水平极化天线只能接收由水平极化天线辐射的水平极化波，不能接收由垂直极化天线辐射的垂直极化波，反之亦然。圆极化天线只能发射或接收圆极化波，并且，右旋圆极化天线只能接收右旋圆极化天线发射的右旋圆极化波，而不能接收左旋圆极化波，反之亦然。卫星电视广播有的用线极化波，有的用圆极化波。一般卫星电视接收天线都设计成能工作于接收线极化和圆极化波两种状态。 (a) 垂直极化         (b) 水平极化 (c) 右旋圆极化          (d) 左旋圆极化 (e) 右旋椭圆极化          (f) 左旋椭圆极化 图 3-17 波的某些极化状态     值得注意的是，若卫星电视广播的电磁波为右旋圆极化波，但右旋圆极化波经反射面一次反射则变为左旋圆极化，所以，进入前馈天线馈源的圆极化是左旋的。对于后馈天线而言，入射波经主、副反射面二次反射后，仍然为右旋圆极化波。