场强垂直或平行于地面
场强垂直或平行于地面
来源 https://www.zhihu.com/question/276141898
作者 https://www.zhihu.com/people/ailei-da-yang
1. 极化方式的重要性
极化是天线一个非常重要的指标。天线的S参数决定信号能不能进入天线，增益决定天线能不能将电磁波非常有力的辐射出去，极化决定天线辐射出去的电磁波在空间中的变化形式。
天线的极化有着非常重要的实际意义。极化很大程度上决定了天线的收发，比如左旋圆极化波不能被右旋圆极化天线接收，垂直极化的天线不能接收水平极化的电磁波。工程上用圆极化来抑制多径效应。假设接收天线是右旋圆极化，可以无损地接收右旋圆极化的直射来波，经过地面等多径反射的来波在反射时旋向变为左旋，不会被发射天线接受。此时的天线交叉极化反应了对反射波的接收抑制程度。良好的交叉极化可以抑制多径效应。
2.极化的定义
天线在远场辐射的都是横电磁波，如图1所示。电场矢量的方向总是和磁场垂直，并且电场和磁场都垂直于传播方向。假如电磁波沿着z轴传播，电场和磁场矢量一定在xoy平面，并且电场和磁场相互垂直。电场矢量的变化形式决定了天线的极化方式。在xoy平面变化的电场可以是沿着一条线变化也可以沿着一个圆变化（见图2不同极化方式电场在传播方向的横截面上的投影）。天线极化定义时用的是电场而不是磁场，两者是一样的，因为横电磁波的电场和磁场总是在传播方向的横截面上垂直。
线极化：沿着电磁波的传播方向看，电场矢量始终沿着一条线变化.（图2 a）
圆极化：沿着电磁波的传播方向看，电场矢量总是在绕圈，并且绕的圏接近圆形（图2 b）
左旋圆极化：沿着电磁波的传播方向看是逆时针旋转（图2中的圆极化就是左旋圆极化）
右旋圆极化：沿着电磁波的传播方向看是顺时针旋转
椭圆极化：沿着电磁波的传播方向看，电场矢量总是在绕圈，并且绕的圏接近椭圆（图2 c）
左旋椭圆极化：沿着电磁波的传播方向看是逆时针旋转（如图2c中的椭圆极化）
右旋椭圆极化：沿着电磁波的传播方向看是顺时针旋转
关于左旋和右旋的简单判断方法：看电场旋转的方向和传播方向满足左手螺旋还是右手螺旋，满足左手螺旋就是左旋极化，反之亦然。
图2不同极化方式电场在传播方向横截面上的投影
3.极化在指标上的判定形式
一般来说查看一个天线的极化主要看最大辐射方向上的极化方式。通常所说的圆极化天线，并非在天线360度的辐射方向上轴比都小于3 dB，而是在辐射角度范围内满足轴比小于3dB。
天线的极化从指标上来判断最常用的是轴比（如图3，定义椭圆的长轴和短轴之比为轴比）。轴比小于3 dB可以认为是圆极化，轴比远大于3 dB为线极化。但是轴比小于3dB只能被认定为圆极化，却不能判断是左旋圆极化还是右旋圆极化。同理，也不能判断天线是x方向的线极化还是y或者z方向的线极化。要想进一步判断天线的极化形式，就需要查看天线的极化方向图。
基本的仿真软件比如HFSS中可以查看天线的极化方向图。如果天线x方向的极化方向图增益远大于y方向的极化方向图增益，天线就是x方向的线极化，反之亦然。天线左旋圆极化方向图增益远大于右旋圆极化方向图增益，就可以认为是左旋圆极化，反之亦然。两个极化方向图增益之间的差值为交叉极化电平，交叉极化电平越大表示天线在某一个方向上的极化越纯净。
另外，从极化方向图上也可以判断是线极化还是圆极化。极化方向图的x和y两个分量的增益相等可判定为圆极化，相差较大可判定为线极化并且大的分量就是线极化的方向。
4.天线不同极化的实质
天线极化代表天线辐射的横电磁波的电场分量的变化形式。如果沿着电磁波传播方向看，线极化天线电场矢量的变化方向始终在一条直线上，但实际电场矢量的变化不可能完全是直线，就像图2中的椭圆极化中的紫色投影一样，所以就用轴比来定义。椭圆的长轴与短轴之比定义为轴比。轴比很大时，椭圆的长轴远大于短轴，图中的紫色投影是一个特别窄特别长的椭圆，这时候天线是线极化。当轴比接近0，也就是短轴与长轴一样长（log1=0），紫色投影为标准的圆，这时候就是圆极化。
圆极化可分解为两个方向垂直的相位差90度的线极化。这是平时设计圆极化天线的一个思路。当用线极化天线接受圆极化波时会有一半的功率被损耗，因为垂直于接收天线的线极化波无法被接收天线接收。
图3电场矢量变化曲线
5.关于场强垂直或平行于地面
一般来说场强垂直于地面称为垂直极化，场强平行于地面称为水平极化。但是在有些场合中会恰好相反。因为所有水平极化和垂直极化都是相对于某个参照物来说的。
图 4 水平极化与垂直极化
水平极化和垂直极化的参考物可以是任何东西。绝大多数用地面当参照物，所以就出现了我们常说的水平极化和垂直极化。立在地面上的单极子天线就是一个典型的垂直极化天线，但如果单极子天线水平放置又变成了水平极化。
两种极化波的优缺点:
水平极化：抗干扰强、地面反射波影响小、接收难度大、不利于移动接收
垂直极化：抗干扰弱、地面反射波影响大、接收简单、适合移动接收
电子无处不在，电子的影子随处可见。就在我们的周围，在它的周围存在着各种不可见得力场，这些力场的存在为我们进行深入探讨提供了正当的理由，这些场能够存储能量，并以各种方式影响周围的世界。下面就来具体谈谈。
1、 电流与磁场的关系
让电流流过导线的时候，就会在导线周围产生磁场，反过来，变化的磁场也可以产生电流。导线绕成的线圈之所以被称为电感，就是因为这个原因。当你给电感施加电流时，能量被作为磁场存储在电感中。这与橡皮筋拉伸可以存储能量是一样的道理。当断开电流时，电感会反抗，随着磁场的衰落（消失之前它处于变化之中），能量将被释放出来。磁场的衰落将在导线中感应一个电流（能量守恒，既不会凭空产生，也不会凭空消失）。
当开关处于闭合状态时，将有电流流过，于是磁场被建立起来了。根据前面所学的知识可以得出，是磁场"建立"的这个行为，在阻碍着电感中电流的变化。反过来也一样，如果我们断开开关，则磁场消失时的磁场变化，将试图维持电流在电感中继续流动。如果电流没有地方可去，那么电感上的电压降瞬间增高，然后在感应电流随着磁场下降而下降时快速消失。
总之，要记住的一个要点，即电流产生磁场，变化的磁场产生电流，变化的磁场可以是从外部施加的，例如一个运动的磁铁、变压器的输入端等，可以来自（电流自身产生的）磁场的消失。电流和磁场是紧密相连的。
2、电场与电压的关系
电场没有磁场那么为人熟知。电流联系着磁场，同样，电压联系着电场。这引出了一个很好记忆的经验法则：电流是有磁性的，电压是有电性的。
电场来自电荷，电荷有正负。类似磁铁的同极相斥、异极相吸，同种的电荷互相排斥，异种的电荷互相吸引。任何分子或原子都可以为中性，也可以带正电荷或负电荷。电荷的累积就是所谓的电压。可以这样来看待这一点：电荷就是产生电场的电压，电荷的移动就是电流，电流产生磁场。
正如电感是聚集磁场的一种方法，电容是聚集电场的一种方法，电容是由两个积电板中间被一种不导电的材料分隔而构成的。这种不导电的材料称为电介质。
由于电介质的存在，电流不能流过电容，因此电荷都累积在电容的一侧，这就有点像很多人拥堵在一个路口的样子。
随着某种电荷在一侧堆积，电场建立起来，驱使电容另一侧的同类电荷纷纷逃离。当一切平静下来的时候，电容的两侧将拥有相同数量的异种电荷。以这种方式，电容在极板上储存起电荷、建立起电压。在确定的电场下，电容能够存储的电荷数量是极板面积的函数。电容能够建立的电压数值则依赖于电介质的间隙。
总之，电流产生磁场，电压产生电场。磁场能够储存能量，电场也能储存能量。当磁场消失时，它试图留住电流，当电场消失时，他试图留住电压。电压和电场时紧密相连的。
电磁场是俩东西，包含电磁波。
电场是电荷自带的，磁场是电荷运动产生的。
变化的电流激发电磁波。
电场是电荷激发的场，一个带电量Q的电荷固定在虚空，就会在它周围激发电场。
也有认为场是比电荷更基本的东西，什么电子、光子等基本粒子都是在场中打滚，滚动角度啊、速度啊什么都不同就形成不同的粒子。
磁场嘛，一开始发现有电流就会出现磁场。而电流本身就是带电粒子的运动，于是让单个带电粒子动起来也是电流…于是得出，运动的电荷周围会产生磁场。
后来又发现，就算虚空里没有带电粒子，只要有电场存在，且这个电场强度在变化，也会出现磁场，也即：变化的电场产生磁场。
于是养神兽的麦克斯韦把他们统一起来，归结为3句话：
电荷激发电场。
运动的电荷(电流)激发磁场。
变化的电场和变化的磁场相互激发。这句话又细分为两句话：
均匀变化的电场激发稳定的磁场，不均匀变化的电场激发变化的磁场。
均匀变化的磁场激发稳定的电场，不均匀变化的磁场激发变化的电场。
—— 电场和磁场就统一起来，统称为电磁场了。
麦克斯韦还证明了电磁场不是超距作用，是按光速传播的，光就是一种特殊的电磁波。
所谓电磁波，就是按光速传播的、随时间变化的电磁场。
电场能量转化为磁场能量，磁场能量转化为电场能量，电场和磁场的相位差π/2，交替着传递向前传播。
