極化波及其工程應(yīng)用

極化波及其工程應(yīng)用第1頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月天線定義：天線是一種用來發(fā)射或接收無線電波（電磁波）的電子器件。

從物理學(xué)上講，天線是一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體的組合，由它可因施加的交變電壓和相關(guān)聯(lián)交變電流而產(chǎn)生輻射的電磁場，或者可以將它放置在電磁場中，由于場的感應(yīng)而在天線內(nèi)部產(chǎn)生交變電流并在其終端產(chǎn)生交變電壓。應(yīng)用范圍：天線應(yīng)用于廣播和電視、點(diǎn)對點(diǎn)無線電通信、雷達(dá)和太空探索等系統(tǒng)。天線通常在空氣和外層空間中工作，也可以在水下運(yùn)行，甚至在某些頻率下工作于土壤和巖石之中。第2頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月天線一般天線都具有可逆性，即同一副天線既可用作發(fā)射天線，也可用作接收天線。同一天線作為發(fā)射或接收的基本特性參數(shù)是相同的。這就是天線的互易定理。第3頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月天線天線品種繁多，以供不同頻率、不同用途、不同場合、不同要求等不同情況下使用。按用途可分為基地臺(tái)天線（basestationantenna）和移動(dòng)臺(tái)天線（mobileportableantennas）按工作頻率可劃分為超長波、長波、中波、短波、超短波和微波按其結(jié)構(gòu)性可劃分為線天線和面天線按其方向性可劃分為全向和定向天線

全向天線（在平面中均勻輻射）

定向天線（又稱指向天線，在某方向輻射較多）分類第4頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月一、常用極化波第5頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月常用極化波的比較第6頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月1.1極化波的特點(diǎn)因?yàn)橐粋€(gè)線極化波可以分解為兩個(gè)振幅相等、旋向相反的圓極化波，一個(gè)橢圓極化波可以分解成兩個(gè)不等幅的、旋向相反的圓極化波，用圓極化天線來接收信號的話，不管發(fā)射的極化方式如何肯定能收到信號，不會(huì)出現(xiàn)失控的情況。因?yàn)榫€極化波在穿過大氣層時(shí)可能有極化面旋轉(zhuǎn)，而且接收天線必須調(diào)整極化角，而圓極化就不會(huì)有這些問題，所以早期衛(wèi)星通信一般都用圓極化。第7頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月2.1無線通信中的極化匹配問題在無線通信應(yīng)用中，為了實(shí)現(xiàn)最佳的接收狀態(tài)，接收天線的極化特性必須和被接收的電磁波的極化特性完全一致，否則不能接收或者只能接收部分能量。接收天線的極化特性與被接收的電磁波的極化特性完全一致的狀態(tài)稱為極化匹配。

極化匹配對于無線通信鏈路是非常重要的。當(dāng)然如果為了避免信號之間產(chǎn)生串?dāng)_，應(yīng)該使用不同的極化特性。例如在微波中繼通信的鏈路中，由于后繼的微波站均位于前方，為了避免發(fā)生站間串?dāng)_，通信頻率及電磁波的極化特性均應(yīng)逐站變更。二、平面電磁波極化特性的應(yīng)用第8頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月由于垂直極化電磁波沿著地面?zhèn)鞑r(shí)，其衰減系數(shù)小于水平極化電磁波，而來自地面的遠(yuǎn)處工業(yè)電磁干擾的主要成分是垂直極化波，所以電視、廣播臺(tái)應(yīng)該發(fā)射水平極化的電磁波，接收者使用水平的接收天線，來提高信噪比。當(dāng)電視臺(tái)發(fā)出的電磁波傳輸?shù)绞覂?nèi)時(shí)，經(jīng)過多次反射后，其極化方向很難確定，所以在室內(nèi)接收電視信號時(shí)，需要不斷地旋轉(zhuǎn)線狀天線，以使導(dǎo)線的方向盡可能與到達(dá)的電磁波的極化方向一致，產(chǎn)生較強(qiáng)的感應(yīng)電流，提高接收效果。在衛(wèi)星通信和衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)中，由于衛(wèi)星姿態(tài)常常發(fā)生變化，收發(fā)天線均應(yīng)該采用圓極化波天線，以保證通信鏈路在任何時(shí)刻均能夠保持暢通。2.1無線通信中的極化匹配問題第9頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月2.2極化隔離的應(yīng)用有時(shí)為了避免對某種極化波的感應(yīng)，采用極化性質(zhì)與之正交的天線，如垂直極化天線與水平極化波正交；右旋圓極化天線與左旋圓極化波正交。這種配置條件稱為極化隔離。利用兩種波之間的極化隔離，可實(shí)現(xiàn)各種雙極化體制。例如，用單個(gè)具有雙極化功能的天線實(shí)現(xiàn)雙信道傳輸或收發(fā)雙工；用兩個(gè)分立的正交極化的天線實(shí)現(xiàn)極化分集接收或體視觀測（如立體電影利用了光的偏振）等。現(xiàn)代衛(wèi)星電視傳輸中，還利用垂直極化與水平極化、左旋圓極化和右旋圓極化的相互隔離之特性傳送不同的電視節(jié)目，以提高衛(wèi)星的傳輸容量。第10頁，課件共11頁，創(chuàng)作于2023年2月2.3極化合成孔徑雷達(dá)

極化合成孔徑雷達(dá)在不同收發(fā)極化組合下，測量地物目標(biāo)的極化散射特性，并用極化散射矩陣的形式表示。

由于電磁波的極化對目標(biāo)的介電常數(shù)、物理特性、幾何形狀和取向等比較敏感，因而極化測量可以大大提高成像雷達(dá)對目標(biāo)各種信息的獲取能力。

目前，雷達(dá)極化已經(jīng)發(fā)展成為一種比較成熟的技術(shù)，在農(nóng)業(yè)(分辨不同的農(nóng)作物耕地)、森林(植被高度、衰減系數(shù)等生物量的估計(jì)、物種識(shí)別)、地質(zhì)(地質(zhì)結(jié)構(gòu)描述)、水文(表面粗糙度和土壤濕度估計(jì)、雪濕度估計(jì))、海冰監(jiān)測(冰齡和厚度估計(jì))和海洋學(xué)(波特