极化波及其工程应用

极化波及其工程应用第一页，共十一页，编辑于2023年，星期日天线定义：天线是一种用来发射或接收无线电波（电磁波）的电子器件。

从物理学上讲，天线是一个或多个导体的组合，由它可因施加的交变电压和相关联交变电流而产生辐射的电磁场，或者可以将它放置在电磁场中，由于场的感应而在天线内部产生交变电流并在其终端产生交变电压。应用范围：天线应用于广播和电视、点对点无线电通信、雷达和太空探索等系统。天线通常在空气和外层空间中工作，也可以在水下运行，甚至在某些频率下工作于土壤和岩石之中。第二页，共十一页，编辑于2023年，星期日天线一般天线都具有可逆性，即同一副天线既可用作发射天线，也可用作接收天线。同一天线作为发射或接收的基本特性参数是相同的。这就是天线的互易定理。第三页，共十一页，编辑于2023年，星期日天线天线品种繁多，以供不同频率、不同用途、不同场合、不同要求等不同情况下使用。按用途可分为基地台天线（basestationantenna）和移动台天线（mobileportableantennas）按工作频率可划分为超长波、长波、中波、短波、超短波和微波按其结构性可划分为线天线和面天线按其方向性可划分为全向和定向天线

全向天线（在平面中均匀辐射）

定向天线（又称指向天线，在某方向辐射较多）分类第四页，共十一页，编辑于2023年，星期日一、常用极化波第五页，共十一页，编辑于2023年，星期日常用极化波的比较第六页，共十一页，编辑于2023年，星期日1.1极化波的特点因为一个线极化波可以分解为两个振幅相等、旋向相反的圆极化波，一个椭圆极化波可以分解成两个不等幅的、旋向相反的圆极化波，用圆极化天线来接收信号的话，不管发射的极化方式如何肯定能收到信号，不会出现失控的情况。因为线极化波在穿过大气层时可能有极化面旋转，而且接收天线必须调整极化角，而圆极化就不会有这些问题，所以早期卫星通信一般都用圆极化。第七页，共十一页，编辑于2023年，星期日2.1无线通信中的极化匹配问题在无线通信应用中，为了实现最佳的接收状态，接收天线的极化特性必须和被接收的电磁波的极化特性完全一致，否则不能接收或者只能接收部分能量。接收天线的极化特性与被接收的电磁波的极化特性完全一致的状态称为极化匹配。

极化匹配对于无线通信链路是非常重要的。当然如果为了避免信号之间产生串扰，应该使用不同的极化特性。例如在微波中继通信的链路中，由于后继的微波站均位于前方，为了避免发生站间串扰，通信频率及电磁波的极化特性均应逐站变更。二、平面电磁波极化特性的应用第八页，共十一页，编辑于2023年，星期日由于垂直极化电磁波沿着地面传播时，其衰减系数小于水平极化电磁波，而来自地面的远处工业电磁干扰的主要成分是垂直极化波，所以电视、广播台应该发射水平极化的电磁波，接收者使用水平的接收天线，来提高信噪比。当电视台发出的电磁波传输到室内时，经过多次反射后，其极化方向很难确定，所以在室内接收电视信号时，需要不断地旋转线状天线，以使导线的方向尽可能与到达的电磁波的极化方向一致，产生较强的感应电流，提高接收效果。在卫星通信和卫星导航系统中，由于卫星姿态常常发生变化，收发天线均应该采用圆极化波天线，以保证通信链路在任何时刻均能够保持畅通。2.1无线通信中的极化匹配问题第九页，共十一页，编辑于2023年，星期日2.2极化隔离的应用有时为了避免对某种极化波的感应，采用极化性质与之正交的天线，如垂直极化天线与水平极化波正交；右旋圆极化天线与左旋圆极化波正交。这种配置条件称为极化隔离。利用两种波之间的极化隔离，可实现各种双极化体制。例如，用单个具有双极化功能的天线实现双信道传输或收发双工；用两个分立的正交极化的天线实现极化分集接收或体视观测（如立体电影利用了光的偏振）等。现代卫星电视传输中，还利用垂直极化与水平极化、左旋圆极化和右旋圆极化的相互隔离之特性传送不同的电视节目，以提高卫星的传输容量。第十页，共十一页，编辑于2023年，星期日2.3极化合成孔径雷达

极化合成孔径雷达在不同收发极化组合下，测量地物目标的极化散射特性，并用极化散射矩阵的形式表示。

由于电磁波的极化对目标的介电常数、物理特性、几何形状和取向等比较敏感，因而极化测量可以大大提高成像雷达对目标各种信息的获取能力。

目前，雷达极化已经发展成为一种比较成熟的技术，在农业(分辨不同的农作物耕地)、森林(植被高度、衰减系数等生物量的估计、物种识别)、地质(地质结构描述)、水文(表面粗糙度和土壤湿度估计、雪湿度估计)、海冰监测(冰龄和厚度估计)和海洋学(波特