Поляризация электромагнитной волны (стр. 2 из 3)

Рис.4. Волна левой круговой поляризации

Условимся называть поляризацию правой (левой), если в фиксированной точке 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.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

, который равен отношению меньшей и большей полуосей эллипса

. (14)

Иногда определяют и угол

между большей полуосью эллипса и осью x.

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 создаёт поле

. При работе на приём в поле произвольно поляризованного вектора на выходе антенны будет напряжение, пропорциональное скалярному произведению После пикового детектора с точностью до постоянного сомножителя получаем напряжение

, (15)

где

- угол между векторами, - период колебания. Если поле линейно поляризовано, то будет максимально при и равно нулю при градусов. Если поле имеет круговую поляризацию, то будет неизменно при любом . При измерении в поле эллиптической поляризации получаем при изменении максимальное и минимальное значения напряжения, пропорциональные большей и меньшей полуосям эллипса поляризации соответственно. Заметим, что поворачивать линейно поляризованную антенну, меняя угол , надо так, чтобы её вектор лежал в плоскости фазового фронта исследуемого поля .

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 развёрткой в полярной системе отображается величина . По полученной на экране картине судят о поляризации поля.

Описание лабораторной установки.

Виртуальная лабораторная установка для исследования поляризации поля состоит из трёх частей, отображаемых в трёх закладках на экране: «Генератор поля» (Рис.6), «Измерение вручную» (рис.7) и «Измерение автоматическое» (рис.8).

В верхней части лицевой панели расположен заголовок «Поляризация электромагнитной волны» и кнопка останова STOP.

Рис.6. Лицевая панель ВИ «Поляризация поля». Страница «Генератор поля»

Работа с установкой начинается в закладке «Генератор поля». В её левой части имеется 4 движковых регулятора, которые задают амплитуды и начальные фазы двух ортогональных компонент поля. Справа на экране выводится эллипс поляризации волны, который в частных случаях превращается в отрезок прямой линии или круг.

Рис.7. Лицевая панель ВИ «Поляризация поля». Страница «Измеритель ручной»

Для измерения параметров эллипса служит инструмент «Измеритель параметров эллипса». Он представляет собой на экране вектор с изменяемыми модулем и угловым положением. Подводя конец вектора с помощью регуляторов модуля и угла к характерным точкам эллипса, определяем его параметры.

Рис.8. Лицевая панель ВИ «Поляризация поля». Страница «Измеритель автомат».

На закладке «Измерение вручную» реализован метод линейно поляризованной антенны. В левой части находится регулятор углового положения антенны относительно горизонта. При работе установки его можно поворачивать, ухватив курсором мыши за стрелку-указатель. Справа находятся стрелочный и цифровой индикаторы напряжения на выходе детектора. Регулятор усиления позволяет установить удобные для наблюдения пределы измеряемой величины.

На закладке «Измерение автоматическое» отображается в полярных координатах величина

.

Непосредственно под экраном расположена группа кнопок, осуществляющих управление перемещением курсора по экрану. Там же под экраном в двух индикаторах отображаются текущие координаты курсора. Справа от экрана в двух цифровых индикаторах выводятся текущие полярные координаты курсора. Там же находится дополнительный регулятор «Усиление». С помощью этих средств управления можно измерять параметры отображаемой на экране кривой.

Порядок выполнения работы.

Исследования выполняются в соответствии с выбранным вариантом. Исходные величины взять в таблице 1.

Таблица 1. Исходные параметры для исследования поляризации электромагнитной волны

Вариант 1	Вариант 2	Вариант 3	Вариант 4	Вариант 5
	20	30	45	60	70
	0.2	0.3	0.4	0.5	0.6
	45	20	80	30	60

Запустить лабораторную установку, ознакомиться с органами управления.

Исследовать поле линейной поляризации:

открыть закладку «Генератор поля»;

сформировать поле линейной поляризации под углом

к горизонту. Параметры поля контролировать «Измерителем параметров эллипса». Записать необходимые для этого амплитуды и фазы вертикальной и горизонтальной составляющих поля;

перейти в закладку «Измерение вручную». Изменяя угловое положение приёмной линейно поляризованной антенны замерять значения выходного напряжения. Данные свести в таблицу;

построить график полученной зависимости в полярных координатах. Определить по ней параметры поляризации;

перейти в закладку «Измерение автоматическое». С помощью курсора определить параметры поляризации поля.

Исследовать поле эллиптической поляризации:

открыть закладку «Генератор поля»;

сформировать поле эллиптической поляризации с вертикальным положением большей оси эллипса и коэффициентом эллиптичности

; параметры поля контролировать «Измерителем параметров эллипса». Записать необходимые для этого амплитуды и фазы вертикальной и горизонтальной составляющих поля;

перейти в закладку «Измерение вручную». Изменяя угловое положение приёмной линейно поляризованной антенны замерять значения выходного напряжения. Данные свести в таблицу;