КАЗАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

Институт радиоэлектроники и телекоммуникаций

Кафедра радиоэлектронных и телекоммуникационных систем

Лаборатория «Электродинамика и распространение радиоволн»

Лабораторная работа № ВИ-102

Поляризация электромагнитной волны

Казань, 2006 г.

Цель работы.

Целью работы является изучение поляризации электромагнитной волны и исследование с помощью виртуальной лабораторной установки различных видов поляризации.

Подготовка к работе.

Перед выполнением работы необходимо изучить соответствующий лекционный материал, настоящее описание и, при необходимости, рекомендованную литературу [1, с.57-59; 2, с.60-62; 3, с.158-162; 4, с.139-143; 5, с.180-187].

Краткие теоретические сведения.

В общем случае однородная плоская волна, которая распространяется в направлении оси z, имеет векторы  и , лежащие в плоскости xOy фазового фронта. Эти векторы взаимно ортогональны, пропорциональны по величине и образуют с вектором Пойнтинга правую тройку векторов. Положение вектора  в плоскости xOy может быть произвольным. Однако, вследствие того, что волна является гармонической с частотой  и периодом колебаний , изменяющийся по величине и направлению вектор  возвращается каждый период в исходное положение и рисует при этом своим концом на плоскости xOy 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 монохроматических волн: линейная, круговая и эллиптическая.

Рассмотрим вектор , произвольно лежащий в плоскости xOy (рис.1):

. (1)

Рис.1. Вектор напряжённости электрического поля

Мгновенное значение модуля вектора

 (2)

Угол вектора с осью x

 (3)

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

, (4)

причем

. (5)

Из (5) следует, что

, (6)

и что направление  колебаний вектора  образует с осью x угол , который определяется соотношением

,(7)

и, следовательно, не изменяется с течением времени (рис.2).

Рис.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  своим концом окружность.

Однородная плоская волна с круговой поляризацией получается в результате суперпозиции двух линейно поляризованных волн, имеющих взаимно перпендикулярные векторы  с равными амплитудами  и сдвигом начальных фаз на .

Пусть, например, составляющая  отстает по фазе:

. ............