平面电磁波的三种极化

谈到电磁波，除了频率和幅度之外，还有一个比较重要的方面就是：极化。极化，就是指波振动的平面，电磁波的传播是由相互垂直的电场和磁场产生的。因此存在电场和磁场两个相互垂直的振荡平面，所以呢，我们定义电场的振荡平面为电磁波的极化：即空间固定点，电场E随时间变化的方式。按照电场E的变化方式，可以将平面电磁波的极化分为三种：线极化，圆极化和椭圆极化。

对于一个沿着z方向传播的平面电磁波，电场E可以分解为Ex和Ey两个分量。

那么电场E的瞬时方程就是：

电场E的两个分量分别是：

消除上面公式中的（wt-kz），即可得到这两个分量之间满足的关系：

上面这个方程，就是任意位置z处的电场E的轨迹方程。对于不同的Ex0，Ey0和φ的值，电场E有不同的极化方式。 我们先来看两种比较特殊的Ex0，Ey0和φ的值1，当φ=0°或者±180°时，电场的轨迹方程可以简化为：

也就是：

这个是一个直线方程，＋对应着φ=0°，-对应着φ=±180°。这个直线的斜率就是 如下图所示，  

线极化，也是移动通信中最长用的极化方式。根据线极化方向与水平面的关系，线极化波又分为水平极化波和垂直极化波和±45°极化波。

2，当φ=±90°，Ex0=Ey0 时，

电场E的轨迹方程可以简化为：

这就是一个标准的半径为E0的圆。电场E的尾端就在任意z的位置画圆圈了。

如果φ=90°，即Ey的相位落后于Ex 90°，电场E的尾端轨迹画出来的圆圈满足右手螺旋关系，我们称之为右旋圆极化，反之，则成为左旋圆极化。

分享一个简单的判断方法：伸出你的右手，四指同大拇指垂直，右手四指从相位超前的分量旋转至相位落后的分量，如果电磁波的传播方向为右手拇指的指向，那么就是右旋圆极化波，反之，则为左旋圆极化波。

一个圆极化波可以分解为两个相位相差90°，幅度相等，空间上正交的两个线极化波，同理，两个相位相差90°，幅度相等，空间正交的线极化波也可以合成一个圆极化波。

试着判断一下下面的电磁波呗，留言说出你的答案。

3，当φ为任意值时，电场E的尾端轨迹方程就是一个椭圆方程，称之为椭圆极化，椭圆极化根据旋转方向的不同，也分为右旋椭圆极化和左旋椭圆极化。

椭圆极化波作为电磁波极化的最普遍形式，既可以分解为两个空间上正交的线极化波，也可以分解成两个旋向相反的圆极化波。

那么，天线的极化方式，也就是它所能发射或者接收的电磁波的极化方式，即可分为线极化天线，圆极化天线和椭圆极化天线，如下图所示。

审核编辑：汤梓红