Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Краткие теоретические сведения

В общем случае однородная плоская волна, которая распространяется в направлении оси z, имеет векторы и , лежащие в плоскости хОу фазового фронта. Эти векторы взаимно ортогональны, пропорциональны по величине и образуют с вектором Пойнтинга правую тройку векторов. Положение вектора в плоскости хОу может быть произвольным. Однако вследствие того, что волна является гармонической с частотой , периодом колебаний , изменяющийся по величине и направлению вектор возвращается каждый период в исходное положение. Конец вектора рисует при этом на плоскости хОу замкнутую кривую, называемую годографом вектора . Вектор при этом однозначно определяется вектором и при необходимости всегда может быть найден.

Поляризация волны определяет закон изменения направления и величины вектора этой волны в данной точке пространства за период колебания. По форме годографа вектора определяют три вида поляризации гармонических волн: линейную, круговую и эллиптическую.

Рассмотрим вектор Е, произвольно лежащий в плоскости хОу (рис. 2.1):

Рис. 2.1. Вектор напряженности электрического поля

Мгновенное значение модуля вектора:

Угол вектора с осью х

Линейно поляризованной называют волну, у которой направление вектора остается неизменным с течением времени. Если начальные фазы суммируемых в выражении (1) ортогональных компонент поля совпадают ( ) илисдвинуты друг относительно друга на (), то результирующая волна будет иметь линейную поляризацию. Действительно, подставив в (1) (где п = 0 при = 0 и п = ±1 при = ±7 ), имеем:

Из (5) следует, что

Направление орта ₀ вектора образует с осью х угол , который определяется соотношением

и, следовательно, не изменяется с течением времени (рис. 2.2).


Рис. 2.2. Линейно поляризованная волна

Плоскость, проходящую через направление распространения электромагнитной волны и вектор , называют плоскостью поляризации. Плоскость поляризации линейно поляризованной волны не изменяет своего положения с течением времени.

Поляризованной по кругу называют волну, у которой вектор равномерно вращается, описывая за время одного периода T своим концом окружность.

Однородная плоская волна с круговой поляризацией получается в результате суперпозиции двух линейно поляризованных волн, имеющих взаимно перпендикулярные векторы с равными амплитудами (E_xm = Е_ут = Е_т) и сдвигом начальных фаз на /2(.

Пусть составляющая Е_у отстает по фазе:

. (8)

В этом случае согласно (1) имеем:

Определим мгновенное значение модуля вектора этой волны:

Таким образом, вектор постоянен по величине. Угол между осью Ох и направлением вектора определяется соотношением

(9)

или

(10)

Из (10) следует, что в каждой фиксированной точке наблюдения (z = const) угол линейно возрастает по закону с увеличением t,изменяясь на 2 за время одного периода T ( ). Таким образом, при в точке (z = const) происходит равномерное вращение вектора с угловой скоростью в направлении по часовой стрелке, если смотреть в направлении оси z; конец вектора описывает при этом вращении окружность (рис. 2.3). Можно также говорить, что направление движения волны и вращение вектора образуют право-винтовую систему.


Рис. 2.3. Волна правой круговой поляризации

Из (10) также следует, что в каждый фиксированный момент времени t = const угол линейно уменьшается по закону -kz с увеличением координаты z, изменяясь на 2 на расстоянии, равном .Таким образом, в момент времени t = const вектор равномерно поворачивается с увеличением координаты z в направлении против часовой стрелки, если смотреть в направлении распространения волны, делая один оборот на расстоянии . Концы векторов , относящихся к различным точкам оси z, расположены при этом на левовинтовой круговой спирали (рис. 2.3). Если положить в (1) Е_xm = Е_ут = Е_т и , то имеем:

(11)

и вновь получаем однородную плоскую волну с круговой поляризацией. Однако

у этой волны в точке z = const вектор Е равномерно вращается в направлении против часовой стрелки (рис. 2.4), а направление движения волны и вращение вектора образуют левовинтовую систему. В момент времени t = const концы векторов Е на оси z расположены на правовинтовой круговой спирали (рис. 2.4).


Рис. 2.4. Волна левой круговой поляризации

Поляризацию называют правой (левой), если в фиксированной точке z = const

направление вращения вектора образует с направлением распространения волны правовинтовую (левовинтовую) систему.

Плоскость поляризации волны, которая поляризована по кругу, в каждой точке пространства равномерно вращается с течением времени.

Эллиптически поляризованной называют волну, у которой вектор вращается, описывая за время одного периода своим концом эллипс (рис. 2.5).

Однородная плоская волна с эллиптической поляризацией получается в результате суперпозиции двух линейно поляризованных волн со взаимно перпендикулярными векторами во всех случаях, когда не выполняются рассмотренные выше условия возникновения линейной и круговой поляризаций.

Поле волны эллиптической поляризации также бывает правого или левого направления вращения. Для количественного описания такого поля вводят коэффициент эллиптичности К_Э,который равен отношению меньшей и большей полуосей эллипса:

Рис. 2.5. Годограф вектора эллиптически поляризованной волны

Иногда определяют и угол между большей полуосью эллипса и осью х.

Для измерения поляризации электромагнитной волны применяют метод линейно поляризованной антенны. В качестве такой антенны может применяться полуволновый вибратор, открытый конец прямоугольного металлического волновода или пирамидальный рупор. Пусть при работе на излучение линейно поляризованная антенна создает поле _линПри работе на прием в поле произвольно поляризованного вектора (t) на выходе антенны будет напряжение, пропорциональное скалярному произведению ( (t), _лин ). После пикового детектора с точностью до постоянного сомножителя получаем напряжение:

где - угол между векторами, Т- период колебания. Если поле линейно поляризовано, то U будет максимально при = 0 и равно нулю при = 90°. Если поле имеет круговую поляризацию, то U будет неизменно при любом . При измерении в поле эллиптической поляризации получаем при изменении у максимальное и минимальное значения напряжения, пропорциональные большей и меньшей полуосям эллипса поляризации соответственно. Заметим, что поворачивать линейно поляризованную антенну, меняя угол у, надо так, чтобы ее вектор _линлежал в плоскости фазового фронта исследуемого поля (t).

При автоматизации измерений линейно поляризованную антенну быстро вращают вокруг оси, направленной на источник исследуемого поля, меняя угол . На экране индикатора с синхронной с этим вращением круговой разверткой в полярной системе отображается величина U( ). Ниже будем называть картину U( ) поляризационной характеристикой. По этой картине судят о виде поляризации поля.

⇐ Предыдущая 1 234 5 6 7 8 Следующая ⇒