什么是电磁波极化?

什么是电磁波极化?

[拼音]：diancibo jihua

[外文]：polarization of electromagnetic wave

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，


)、极化方向角ψ(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。这时极化方向角不确定，代之以电场矢量初始取向的斜角β 。 轴比趋于无穷大的椭圆极化波称线极化波，其电场矢量的取向始终位于一条直线上，这条直线的斜角就是极化方向。这时旋向失去意义，代之以电场强度的初始相位δ。

极化的分解

任何一个椭圆极化波都可以分解成一个右旋圆极化波（用足标 R表示）和一个左旋圆极化波（用足标 L表示）之和。这两个圆极化波分量的电场矢量有不同的幅值 ɑR和ɑL，以及不同的初始取向βR和βL，可用复数反旋比懪 表示它们的相对关系

(1)

模值|懪|=ɑL/ɑR简称反旋比。如果将线极化波分解成两个旋向相反的圆极化波，则两者的幅值相等 (|懪|＝1)，且初始取向对称于线极化波的取向（βL+βR＝2ψ)。

任何一个椭圆极化波还可以分解成两个取向正交的线极化波之和。通常，其中一个线极化波在水平面内取向（且垂直于传播方向），称水平极化波（用足标 H表示）；另一个线极化波的取向同时垂直于上述水平极化波的取向和传播方向，称垂直极化波(用足标V表示)（仅当传播方向在水平面内时，垂直极化波的电场矢量才沿铅垂线取向）。这两个线极化波分量的电场矢量有不同的幅值ɑH和ɑV，以及不同的初始相位δH和δV。可用复数极化比


表示它们的相对关系

(2)

模值|


|=ɑH/ɑV简称极化比。如果将圆极化波分解成两个取向正交的线极化波，则两者的幅值相等 (|


|＝1)，且相位差保持±π/2（正负号取决于圆极化波的旋向）。

极化圆图

同一个椭圆极化波，既可以直接用极化椭圆的几何参数，又可以用两个反旋圆极化分量或两个正交线极化分量之间的参数作定量的描述。因此，在这些参数之间存在着确定的转换关系

(3)

(4)

对比均匀无耗传输线问题，若ρ表示电压驻波比、懪表示电压反射系数、懪 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|懪|、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幅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。

两种互相正交的极化波之间所存在的潜在的隔离性质，可应用于各种双极化体制。例如，用单个具有双极化功能的天线实现双信道传输或收发双工；用两个分立的正交极化的天线实现极化分集接收或体视观测（如立体电影）等。

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。