对于导体存在时,或由导体边界构成的微波器件中,上述电磁波的性质将发生很大改变。例如,导体中的平面波,电场与磁场不再同相位,电场能量密度与磁场能量密度也不再相等;谐振腔中的电磁波不再是行波而可能为驻波;在矩形波导的导波过程中,电磁波可以是行波,但不会是横电磁波,只可能是横电(TE)或者横磁(TM)波,且存在截止频率或波长。
2.2 偏振电磁波的定义及概念
电磁波的偏振方向通常指的是电场矢量的偏振方向。电磁波的横波性,表明振荡的电场在垂直于波传播方向的平面内可以呈现任意取向,因而展示出偏振性。与只朝着传播方向振荡的声波等机械波不同,声波等是纵波,不会展示出偏振现象。
电磁波的偏振或极化指的是:在空间某固定点处电场矢量 的方向随时间变化的方式。以 矢量的矢端随时间在空间描绘的轨迹来描述和分类:(ⅰ)如果在波传播的横截面上,观察到 矢量始终在一条直线上振动, 即 矢量端点的轨迹为一直线, 则称为(直)线偏振。(ⅱ)若在波传播的横截面上观察到的 矢量不是在一条直线上振荡,而是以场矢量的振动周期作旋转,或者说电场的振荡方向是以电磁波的波频率进行旋转动作,其矢端的轨迹为一个圆或椭圆,则分别称为圆偏振或椭圆偏振。对于后者的旋转波场中,按照观察者顺着电波传播方向看去的约定,在传播路径某个固定平面上,若电场矢量随时间顺时针旋转则为右旋、逆时针旋转则为左旋,据此又有左右旋向的圆(或椭圆)偏振波之分。
3 偏振电磁波的几种描述方法及表示
3.1 余弦波表示时的处理方法
考虑平面波沿 方向传播,如图1所示。将电场强度 分解为 和 两个相互正交的分量,且两个分量的频率和传播方向均相同,则 可以写为
设 和 两个分量的振幅分别为 和 、初相位分别为 ,则这两个分量可以分别表示为
为了使问题简化,根据电磁波偏振定义,在空间取一固定点 ,则(2)式和(3)式可写为来.自/751论|文-网www.751com.cn/
与 分量的相位差定义为
合成场矢量 可以写为
(6)
由(4)式和(5)式消去时间t,解得电场强度矢量变化的轨迹方程为
(7)
此式为关于 和 的椭圆方程, 任意时刻在垂直于Z轴横截面上的图形为椭圆轨迹