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1、第14卷第3期电波科学学报Vol.14,No.31999年9月CHINESEJOURNALOFRADIOSCIENCESeptember,1999电磁波的极化及其应用王被德(空军第二研究所,北京100085)摘要:在电磁波领域中,极化是一个既古老又新颖的词汇。本文拟在阐明几个有关极化的基本概念问题之后,简要综述极化在通信(导航)、雷达和抗干扰方面的主要应用。关键词:极化;极化度;极化纯度;极化匹配;复极化比;退极化;极化增强;目标的最佳极化;极化检测中图分类号:TN011文献标识码:B文章编号:1005-0388(1999
2、)03-0347-10PolarizationofelectromagneticwaveanditsapplicationsWANGBei-de(TheSecondResearchInstituteofAirForce,Beijing100085,China)Abstract:InElectromagneticWavedomain,polarizationiseitheranoldoramodernexpression.Inthispaper,somebasicconceptsaboutpolarizationwhicha
3、reeasilyconfusedaredemonstratedatfirst.Then,mainapplicationsofpolarizationincommunication(navigation),radarandECCMaresummarized.Keywords:Polarization;Degreeofpolarization;Polarizationpurity;Polari-metricmatching;Complexpolarizationratio;Depolarization;Polarimetric
4、enhance-ment;Optimalpolarizationsoftarget;Polarimetricdetection电磁波领域中,极化是一个既古老又新颖的词汇。电磁波的极化状态和有关效应在本世纪五十年代初已有人开始研究,近二十年内在通信、导航和雷达等方面逐步得到应用,并获得许多有益的成果。不过,专门论述极化问题的书籍和文章并不太多,对极化概念不甚清晰的现象存在于一部分相关专业人士之中,影响了极化的充分利用。本文拟在阐明几个有关极化的基本概念问题之后,简要综述极化在通信(导航)、雷达和抗干扰方面的主要应用。1关于电
5、磁波极化基本概念的几个问题[1]电磁波的极化,表明其电场强度的取向和幅度随时间而变化的性质。由于这个定义表述收稿日期:1998-09-07348电波科学学报第14卷过于简单,在实际工作中常可见到一些模糊不清的概念。有以下几个问题须加以阐明。1.1电磁波的极化是一个广阔的连续域,线极化和圆极化仅是其中的特例在空间传播的平面波,其电场矢量位于同传播方向相垂直的波前平面内,见图1。取三维直角座标系,并将其Z轴定义在电波传播方向。电场矢量的取向,可在XY平面内取0到2π范围内的任一角度。该矢量取向和长度随时间的变化,组成两维空间内
6、的一个连续极化域。极化的一般状态应表述为椭圆极化。椭圆长轴的方向角f(0≤f≤π)和长短轴的轴比d(0≤
7、d
8、≤∞)的组合,变化出无穷尽的极化状态。各种不同方向的线极化,是d=0或∞而f取某一特定值时的极化特例。水平和垂直线极化,又是线极化族中f=0或π/2时的特例。左旋和右旋圆极化,是d=±1而f取任意值时的极化特例。十九世纪法国数学家Poincaré描述的极化球是极化域的生动反映。极化域中的每一种极化状态都和Poincaré球上(见图2)的某个点一一对应。球上的赤道代表所有的线极化族,其中经度(2f)为0和π的两点分别
9、是水平和垂直线极化。其余各点代表在波前平面内不同倾斜度的线极化。北半球面上各点,代表具有不同经度和不同椭圆轴比d的所有左旋椭圆极化族,其中北极代表左旋圆极化。南半球面上各点,代表具有不同经度和不同椭圆轴比d的所有右旋椭圆极化族,其中南极代表右旋圆极化。轴比d同纬度2W的关系是cotW=-d。可见,线极化和圆极化仅是全部极化状态中的特例。图1极化椭圆图2庞加莱极化球Fig.1PolarizationellipseFig.2Poincarésphere代表极化域的还有平面型极化图。其中一种是将Poincaré球上的极化点投影到
10、赤道面上。为反映南北两个半球,需要两张平面图。另一种是仿照地图投影的各种方法获得的平面极化图。任意一种极化波均可分解为一对正交极化波(它们在Poincaré球上的关系是分处于某一直径的两端,例如水平和垂直线极化)的合成。一对正交极化以不同的幅度比(从零到无穷大)和相位差(从零到2π)相合成,便可产生出千
