Поляризация электромагнитных волн

Поляризация характеризует ориентацию вектора Е электромагнитной волны.

Как было указано выше ,в случае линейной поляризации плоской электромагнитной волны вектора Е, не меняя своего направления во всех точках пространства, изменяется по абсолютной величине.

Если область, в которой распространяется плоская гармоническая волна — идеальный диэлектрик, то амплитуды векторов поля имеют постоянную величину. Затухание, которое имело бы место в случае конечной проводимости среды, не играет роли в поляризации. Ограничимся рассмотрением линейно поляризованной волны, распространяющейся в направлении положительной оси z. Если вектор Е направлен по оси х, то вектор Н будет направлен по оси у и выражения векторов поля примут вид:

Если вектор Е параллельно направлен оси у, то:

Вслучае произвольной ориентации вектора Е в плоскости хОу , его можно разложить на составляющиеи, тогда

где - угол между направление вектора Е и осью х .

Обозначивполучим:

Длина вектора

ауголопределится из соотношения

Следовательно, наложение двух гармонических линейно поляризованных волн , векторы Е которых взаимно перпендикулярны, а фазы совпадают, дает линейно поляризованную волну.

Рассмотрим теперь две гармонические линейно поляризованные волны, электрические векторы которых взаимно перпендикулярны, а амплитуда и начальные фазы неодинаковые:

Чтобы найти геометрическое место, которое описывает конец вектора Е=при фиксированной координате z , надо решить совместно уравнения

После преобразования получим:

Возведя в квадрат и сложив, получим:

В случае эллипса ab - должно быть больше нуля, что имеет место в рассматриваемом случае. Таким образом , вектор Е, перпендикулярный направлению распространения z, в фиксированной точке пространства вращается, из-меняя свое абсолютное значение так, что конец его описывает 8ллипс (рис. 5-7). Рассмотренный вид поляризации называется эллиптической. При изменении координаты z конец вектора Е скользит по поверхности прямого цилиндра с эллиптическим сечением.

Оси эллипса могут не совпадать с осями х и у. Поворотом координатных осей их можно совместить.

Можно показать, что конец вектора Н также перемещается по эллипсу. Большие оси обоих эллипсов взаимно перпендикулярны. В зависимости от направления вращения вектора Е поляризация называется правой или левой. В случае правой поляризации направление вращения и направление распространения подчиняются правилу правого винта

Если , что будет иметь место прии, уравнение эллипса вырождается в прямую и поляризация волны будет линейной.

Если и, рассматриваемое уравнение переходит в уравнение окружности. В этом случае поляризация называется круговой. Конец вектора Е при изменении координаты z описывает винтовую линию на поверхности прямого цилиндра с круглым сечением.

3. Явление поверхностного эффекта

Установлено, что переменный ток, проходящий по про­воднику, распределяется неравномерно по сечению провод­ника. Плотность тока в различных точках сечения будет неодинаковой.

В цилиндрическом проводнике круглого сечения наи­большая плотность тока будет у поверхности проводника, наименьшая на оси. Чем больше проводимость проводника и его магнитная проницаемость, чем больше частота тока, тем более неравномерным будет распределение тока. Явле­ние это носит название поверхностного эффекта. В связи с поверхностным эффектом изменяются актив­ное сопротивление и индуктивность проводника. С увели­чением частоты активное сопротивление растет, а индуктив­ность уменьшается. При очень высоких частотах практи­чески Можно считать, что весь ток проходит по поверхности проводника, а внутренний магнитный поток обращается в нуль. Внутри проводника электромагнитного поля нет.

При исследовании процесса распространения плоской волны в проводящей среде было выяснено, что амплитуда проекций векторов поля уменьшается в направлении рас­пространения. Меняется также и их фаза. Электромагнитная волна, проникая вглубь проводника через его поверхность, постепенно теряет свою энергию. Энергия волны преобра­зуется в тепло. Амплитуды векторов поля уменьшаются по величине в направлении распространения волны. Если на поверхности проводника при нормальном падении волны амплитуды равны E0т и H0m, то на расстоянии z от поверх­ности в направлении распространения волны они уменьшатся в еkz раз, где

Фазы векторов поля на поверхности проводника и на расстоянии z от поверхности будут отличаться на угол

Соответственно уменьшится и плотность тока проводимости

В точке, удаленной от поверхности на расстоянии z, равном длине волны λ, векторы поля уменьшатся в еkλ раз.

Так как

еkλ=e2π,

то практически векторы поля обратятся в нуль.

При наличии нескольких токонесущих проводов на распределение тока по сечению окажут влияние и токи соседних проводов. Явление это носит название эффекта близости.