电磁波极化原理及仿真

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#算法 #matlab

于 2022-08-29 14:58:49 首次发布

本文介绍了电磁波的三种极化方式：线极化、圆极化和椭圆极化，并通过MATLAB仿真展示了不同极化波的特点。对于每种极化方式，详细解释了其数学表达形式，并给出了具体实例。

电磁波极化原理及仿真

有具体实验需求可私聊定制

实验目的

研究几种极化波的产生及其特点；
利用仿真软件直观地展示各种极化波形；

实验原理

电磁波的极化方式有三种：线极化、圆极化、椭圆极化。极化波都可看成由两个同频率的直线极化波在空间合成，两线极化波沿正Z方向传播，一个的极化取向在X 方向，另一个的极化取向在Y 方向。若X 在水平方向，Y 在垂直方向，这两个波就分别为水平极化波和垂直极化波。沿Z方向传播的均匀平面波的 $E_{x}$ 分量和 $E_{y}$ 分量都存在，可表示为
$E_{x}=E_{xm}cos(\omega t-kz+\phi x), E_{y}=E_{ym}cos(\omega t-kz+\phi_y)$

合成波电场为 $E⃗=ex⃗Ex+ey⃗Ey\vec{E}=\vec{e_{x}}E_x+\vec{e_y}E_y$ ，因此在空间任意给定点上，合成波电场强度矢量的大小和方向都可能随时间变化，这种现象称为电磁波的极化。电磁波的极化表征在空间给定点上电场强度矢量的方向随时间变化的特性，并用电场强度矢量的端点随时间变化的轨迹来述。若该轨迹是直线，则称为直线极化，若轨迹是圆，则称为圆极化。若轨迹是椭圆，则称为椭圆极化。

直线极化波

若电场的 $E_x$ 分量和 $E_y$ 分量的相位相同或相差 $π\pi$ ，即 $ϕy−ϕx=0\phi_y-\phi_x=0$ 或 $±π\pm \pi$ 时，则合成波为直线极化波。当 $ϕy−ϕx=0\phi_y-\phi_x=0$ 时，可得到合成波电场强度的大小为
$E=\sqrt{E_x^2+E_y^2}=\sqrt{E_{xm}^2+E_{ym}^2}cos(\omega t+\phi_x)$