實驗三 電磁波的極化

第第頁實驗三電磁波的極化試驗三電磁波的極化一、試驗?zāi)康?、學習了解極化波的產(chǎn)生及其特點。2、討論自制的電磁波感應(yīng)器的極化特性，加深對電磁波極化特性的理解。二、試驗原理1、極化的定義:指空間某固定位置處場矢量(電場、磁場)隨時間改變的特性2、極化類型:(1)直線極化合成波電場大小隨時間改變，但矢端軌跡與*軸夾角不變。假設(shè)E的改變軌跡在*軸上(0),稱為*軸取向的線極化波。EEsin(tz)**m

y

假設(shè)E的改變軌跡在y軸上(90),稱為y軸取向的線極化波。EEsin(tz)yym

*直線極化的平面波

(2)圓極化

電場強度矢量端點的軌跡是一個圓。

y

E電場矢量終端運動方向與電磁波傳播方向滿意右手螺旋關(guān)系——右旋圓極化波。電場矢量終端運動方向與電磁波傳播方向滿意左手螺旋關(guān)系——左旋圓極化波。

*

圓極化的平面波

(3)橢圓極化電場強度矢量端點的軌跡是一個橢圓。

y

*橢圓極化與圓極化類同，分右旋極化和左旋極化。橢圓極化的平面波

三、試驗內(nèi)容移動感應(yīng)器位置，觀測在不同形式的接收天線狀況下燈泡達到同等亮度時與發(fā)射天線的距離，總結(jié)電磁波不同極化收發(fā)的規(guī)律。天線形式距離(cm)

水天線1

平

垂

直

45度

天線2

天線3

電磁波的極化一、極化的定義

波的極化：指空間某固定位置處場矢量(電場、磁場)隨時間改變的特性。

極化的描述：用電場強度E矢量末端隨時間改變的軌跡來描述波的極化。(磁場的改變狀況完全類似)二、極化類型由電磁波電場場量兩個正交份量間的幅度和相位關(guān)系，可以判斷波的極化方式。一般狀況下，沿+z方向傳播的勻稱平面波，*和Ey份量都存E在，且其振幅和相位不肯定相等。

E*E*mcos(tkz*),EyEymcos(tkzy)

(1)直線極化電場僅在一個方向振動，即電場強度矢量端點的軌跡是一條直線。取z=0

E*E*mcos(t*),EyEymcos(ty)

y*0,y*合成后

或y*y

222EE*2EyE*mEymcos(t*)Eymarctgconst(y*0)E*marctgEyEymE*arctgconst(y*)E*m

*直線極化的平面波

合成波電場大小隨時間改變，但矢端軌跡與*軸夾角不變。

假設(shè)E的改變軌跡在*軸上(0),稱為*軸取向的線極化波。

假設(shè)E的改變軌跡在y軸上(90),稱為y軸取向的線極化波。

(2)圓極化電場強度矢量端點的軌跡是一個圓。令y

*得

2

E*mEymEm,

y

E*

E*Emcos(t*),EyEmsin(t*)

合成后

EE2E2Econst*ym(y*)Ey(t*)2arctgE*t(y*)*2合成波電場大小不變，但矢端軌跡與*軸夾角隨時間改變。

圓極化的平面波

當y*

2

即

=t*且E*mEym

可判斷出

電場矢量終端運動方向與電磁波傳播方向滿意右手螺旋關(guān)系——右旋圓極化波。(假設(shè)以右手的四指隨E的矢端運動，那么姆指就指出了波的傳播方向)

當

y*

2

即(t*)且

E*mEym可判斷出

電場矢量終端運動方向與電磁波傳播方向滿意左手螺旋關(guān)系——左旋圓極化波。說明：上述結(jié)論適用于沿+Z方向傳播的勻稱平面波。

(3)橢圓極化

電場強度矢量端點的軌跡是一個橢圓。

假設(shè)E*和Ey振幅、相位都不相同，那么合成波為橢圓極化波。令

*0,y得E*E*mcost,EyEymcosty

上二式中消去t得2Ey2E*EyE*22cossin22E*mEymE*mEym

*

可以證明，橢圓的長軸與*軸的夾角為

橢圓極化的平面波

tan2

2E*mEymEE2*m2ym

cos

橢圓極化與圓極化類同，分右旋極化和左旋極化。y橢圓極化是極化的一般狀態(tài)，線極化、圓極化是非常狀態(tài)三種極化方式的關(guān)系

當90,EymEzmEm時，橢圓極化→圓極化。0

*

當0時，橢圓極化→直線極化。電磁波的極化方式由輻射源(即天線)的性質(zhì)決斷。

橢圓極化的平面波

yy

**

橢圓、圓與直線極化的關(guān)系

將f,sin用極坐標畫出