实验三 电磁波极化的研究
1. 实验目的
（1） 研究线极化波、圆极化波、椭圆极化波的形成和特点。 （2） 了解线极化波、圆极化波和椭圆极化波特性参数的测试方法
2. 实验原理与说明
电磁波极化是指波在无限大均包媒质中传播时，在空间某点位置上电场强度矢量E随时间变化的规律。当E末端总在一直线上周期变化时，称为线
??极化波，当E末端的轨迹是圆（或椭圆）时，称为圆极化波；若圆轨道运动
????与波前进方向符合右手螺旋规则时，则称为右旋（或左旋）圆极化波，无论是线、圆或椭圆极化波都可由两个同频率的正交场线极化波组合而成。设两同频率正交场线极化波为
????j(?x??x) ① Ex?Exme????j(?x??y)Ey?Eyme ②
1) 组成线极化波如图所示，式①和式②中，当
?x??y?0,Exm??Eym(或Exm?Eym)时，两个波在空间叠加
????? E?xEx?yEy?Eme?j(?z??) 式中
??????Em?xExm?yEym
合成场矢量E的方向与x轴夹角不变，即： ??arctg(?EymExmEyEx)?arctg?(EEymxm???)常数
若 的值不同，则 ?为不同的定值，从而获得合成场矢量末端沿直线
轨迹周期变化的极化波。若Eym=0则θ=0这时线极化波为在空间某点的场，且仅在x轴方向上周期变化。同理，线极化波也可以分成为频率相同、场相垂直的两个线极化波。 2）组成圆极化波
根据式①和②，若Exm?Eym?Em，及?x?0,?y???2,这时合成波可写成：
?????????j?E?xEx?yEy?Em(x?jy)e2………………………………………………④
??合成场E与
x轴的夹角（在z0处）为
EyExcos(wt??z0?)?arctg()2)?wt??z0cos(wt??z0)???arctg(
当z?z?时，?随时间向正值增大，合成场矢量末端按右手螺旋规则作圆周运动，故称为右旋圆极化波，如图所示
同理，可得左旋圆极化波E?Em(x?jy)e?j?z 和??arctg(这里有Exm?Eym?Em,及?x?0,?y??2?????EyEx)??(wt??z0),?x??y???2
??随时间增加E矢量末端运动轨迹符合左手螺旋定则，故称左旋极化波，如图
所示
（3）组成椭圆极化波 当式①和式②所表示的两个线极化波，幅度不等，相位差仍为±π/2时，可得椭圆长短轴分别在x轴和y轴的椭圆极化波。如
Exm?Eym，?x?0,?y??/2，则可得到左旋椭圆极化波。
当然，椭圆极化波可由两个同频率幅度不等的左，右旋圆极化波组成。如图所示，若将式①和式②改写为
E?Eexxm?j(?z??)x?(E?j(?z??)yxm1?Exm2)e?j(?z??)x ?j(?z??)yE?Eeyym?(Eym1?Eym2)e
因?x?0，?y???2，及Exm?Eym，Exm1?Eym1?Em1，Exm2?Eym2?Em2，因
而两个线极化波合成场波为
???xme?j?z?jxE?ymE?j?z?(x??jy?)Em1e?j?z?(x??jy?)Em2e?j…………⑥ E?xE由上
式可见，两个线极化波合成的椭圆极化波，也可以看成两个幅度不等的右旋和左旋极化波合成而得。
图示是实现各种极化波的装置。金属丝栅Pr1和Pr2的功能，是分别反射E1r?和
E2r?的波。两反射波在接受喇叭Pr8内实现相加的过程如图所示。根据图中条件得
E1r???Ei?R?T?T'?e?jkz1?E1m?e?j?1
E2r???Ei?R?T?T'?e?jkz2?E2m?e?j?2
为使辐射喇叭同时产生Ei?与Ei?两个入射波，只需将Pr0转动一个角度
α，使入射场Ei分成同频率的两个正交场 Ei?＝Eisinα Ei?=Eicosα
如图所示，当图中α＝450时，Ei?＝Ei?，但这并不意味着E1m??E2m?，其理由是R??R?，可见，要实现幅度相等，必须有如下等式
Eisin?R?T?T'??Eicos?R?T?T'?………………………………⑦
在介质?r和投射角?i确定后，调整α角，即可实现两个线极化波幅度相等的要求，作为相位条件，当改变Pr2的位置为l0使z2-z1=±λ/4,即可实现可见用正交金属丝栅装置，可以方便的获得圆极化波。若使Pr2处?2??1???/2。
于l1=l0±λ/4位置处，则可获得线极化波；若Pr2处于任何位（l0 3. 实验内容 （1）圆极化波的调整与测试 首先，调整测试设备的Pr0的转角d,使Pr3分别接收的E1r?和E2r?幅度相等，这时d?50?，同时Pr0Pr1Pr2Pr3的口面垂线彼此相垂直。其次改变Pr2,使Pr3处于 0~360??任何转角时，其接收的场幅度不变，找到l0处，可获得圆极化波。由于 各种误差使 E1r?和E2r?总有差别，我们用圆极化波的椭圆度 e来表示，最后把测试数据 填入下表中。 圆极化波及椭圆度测试表 Pr3接收E?m?I1?E?Pr2 l0位置： Isin?,E2m??In?E?Icos? Pr0的转角 ?r 0 10 20 30 40 IminImax50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 I(?A) E?I 圆极化波椭圆度e?＝ (2)线极化波的调整与测试。利用圆莱顿化波所测数据： E1m??E2m?及改变Pr2位置，使l1?l0??4,即可获得线极化波。由于合成波场 强最大值方向由E1r?和E2r?决定，因此Pr3的转角为： ?r?arctgE1m?E2m??Eisin?R?T?T?Ejcos?RTT'???' 若??45?，则?r2?45?.若E1m??E2m?，则?r?45?,填表 ?r(?) I(?A) 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140 150 160 170 EEm cos(?0??2) （3）椭圆极化波的调整与测试 可利用已调整的E1r?与E1r?的幅度相同条件，改变金属丝栅位置l2,实现l0 4.实验仪器 （1）26A型电磁波综合测试仪，测极化用的金属丝栅附件一套 （2）1211型3cm固态信号源一台 （3） 一只或XF-01型选频放大器一台 5.实验报告内容与要求 1实验目的 2实验数据表 3分析圆极化波测试值与理论值之间存在差别的原因 4用金属丝栅实现线、圆、椭圆极化波时，为什么在其后加微波吸收材料。 5实验中的体会和收获