陈建华论文开题报告综述.docVIP

电磁波的极化及其应用综述 引言 正文：电磁波的极化特性是指给定空间观察点电场强度的取向和幅值随时间变化的规律，是“电磁场与电磁波”、“电动力学”课程中的一个重要概念。电磁波的极化在物理学中称之 为偏振．极化是除时域、频域和空域信息之外的又一可利用的重要信息，在通信、雷达信号滤波、检测、增强、抗干扰和目标鉴别／识别等方面都有广泛的应用，因此对极化理论的教学和研究有着重要的意义． 1 利用极化实现最佳发射和接收 无线电技术中，利用不同极化的电磁波具有不同的传播特性，结合收发天线的极化特性，可实现无线电信号的最佳发射和接收．例如，中波广播采用垂直极化波．在工程上以大地作参照物，电场垂直于大地的电磁波叫垂直极化波，而电场平行于大地的电磁波叫水平极化波．波广播之所以采用垂直极化波，是因为中波广播的传播方式为地面波传播，而电场垂直于地面的线极化波沿地球表面传播时，其损耗远小于电场平行于地面传播时的损耗．故调幅电台发射的电磁波的电场强度矢量是与地面垂直的线极化波，收听者想得到最佳的收音效果，应将收音机的天线调整到与电场平行的位置，即近似与大地垂直．电视、调频广播和短波广播一般采用水平极化方式．电视信号和调频广播为空间直接波传播，不是地面波传播，不同于上述水平极化波在地球表面传播损耗大的情况．远距离的短波广播为电离层反射传播方式．采用水平极化的主要原因是：1)工业电磁干扰大多为垂直极化的，采用水平极化有利于抗干扰；2)对于山丘和城市大建筑物阻挡造成信号传播的阴影区，当接收天线离地面高度大于一个波长时，水平极化电磁波的绕射能力比垂直极化略好一些；3)架设水平极化天线时的支持物(如铁杆、塔等)及垂直馈线等的感应场的再辐射对天线特性影响较小．但水平极化方式的调频广播存在如下问题：绝大部分听众的收音机采用小拉杆天线，当手持或车载调频收音机的鞭状拉杆天线为垂直放置时，接收水平极化的广播信号，极化损失通常大于10 dB以上．在移动收听的情况下，若用偶极天线水平放置接收，则需要不断地调整天线使其最大接收方向对准广播电台，才能保证最佳的接收效果．因此一些国家在调频广播中使用水平与垂直混合极化发射方式，或者圆极化方式，此时听众不论用垂直还是水平接收天线，均可良好地收听广播． 圆极化波有很重要的应用．如果通信的一方或双方处于方向、位置不定的状态，例如在剧烈摆动或旋转的运载体(如飞行器等)上，为了提高通信的可靠性，收发天线之一应采用圆极化天线．在人造卫星和弹道导弹的空间遥测系统中，信号穿过电离层传播后，因法拉第旋转效应产生极化畸变，这也要求地面上安装圆极化天线作发射或接收天线．在军事上为了干扰和侦察敌方的通信或雷达目标，在未知敌方的极化状态下，需要应用圆极化天线，因为使用一副圆极化天线可以接收任意取向的线极化波．在移动通信或微波通信中为减小信号衰落，方法之一是采用极化分集接收技术，就是利用极化方向相互正交的两个线极化的电平衰落统计特性的不相关性进行合成，以减小信号的衰落深度．通常一副天线仅具有一种极化，为了适应现代电子战大纵深、全方位、高机动和战场信息密集多变的特点，对天线极化自适应要求日益迫切．为此极化可调的多极化天线在现代雷达、通信及电子侦察与干扰等领域具有重要的新用途．我们知道，任意极化均可由一对正交极化以不同的幅度比和相位差相合成，因此，发射时，将同一信号源经功分器后，分别经过不同的幅相关系处理并送到极化正交的一对天线上，便可合成任意极化状态．接收时，用两副互相极化正交的天线，并将两个通道信号以不同幅相关系相合成，便可实现任意极化状态的最佳接收．可见对极化域的充分利用，并不要求去构造许多不同形式的天线． 2 利用极化技术提高通信容量 在通信中，为了在有限频带范围内尽量提高可用信道数，增加信道容量，提高频率利用率，减少波道间干扰，目前广泛采用的频率复用技术之一是在同一传输链路上，利用电波的正交极化隔离，把互相正交极化的相邻两条信道安排在同一频段上，这样使频率利用率提高了一倍．广播电视卫星一般都有几十个转发器，这些转发器发送的下行信号的极化方式，一半为水平线极化，一半为垂直线极化；或一半为左旋圆极化，一半为右旋圆极化．变替使用两种不同的极化方式可以安排更多的射频通道，扩大广播电视卫星的容量．对应的地面接收天线一般采用双极化天线．以往研究极化分集技术主要是为了抗衰落，然而多径散射的存在，却为更多信息的传输提供了可能．研究表明，在城市密集区的散射环境下，收发两点间存在多径散射，在接收端空间所有的3个方向上会产生附加的极化状态，选用“三振子”的复合天线系统一。，3副天线正交放置，相比于传统的使用双极化天线，可以获得3倍的信道容量，也即散射的存在使得我们可以利用3个电场极化信道进行无线通信． 从应用极化技术抗衰落到应用极化技术来提高信道容量，极化技术的应用