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圆极化波的传播特性研究

通过对本课的学习可以知道，真空中沿z方向传播的平面波，其电场和磁场分量Ex与Hy在时间上具有相同的相位。
就场强而言，平面波场强的方向可随时间按一定规律变化，实用中通常用某种极化来描述平面波场强的方向随时间的变化规律。平面波的极化定义为，媒质中某点处电场强度矢量的尾端随时间的变化方式。按照矢量E的尾端轨迹的形状，通常可以将平面波的极化分为三种：线极化、圆极化和椭圆极化。

下面对圆极化波作以讨论。
圆极化波满足Ex0=Ey0=E0, 相位差φ=±π2。
给出真空中的一平面波，波的传播方向沿Z轴的正方向，设平面波的电场强度和磁场强度的瞬时矢量为
E(z,t)=2*ax+jay*cos⁡(π*108t-π2z)
H(z,t)=2120π*-jax+ay*cos⁡(π*108t-π2z)
于是电场强度和磁场强度的复矢量为
E=2*ax+jay*e-jπ2Z
H=2120π*-jax+ay*e-jπ2Z
根据上面判断极化的条件，可以很容易的看出此平面波为圆极化波。
下面应用Matlab画出这个平面波的电场强度矢量以及磁场强度矢量，从而验证圆极化波的理论分析，同时加强我们对圆极化波的认识。

Matlab源程序：
w=pi*10e+8;
z=0:0.5:20;
k=120*pi;
for t=0:1*pi*10e-8:100
e1=sqrt(2)*cos(w*t-pi/2*z);
e2=-sqrt(2)*sin(w*t-pi/2*z);
h1=sqrt(2)/k*sin(w*t-pi/2*z);
h2=sqrt(2)/k*cos(w*t-pi/2*z);
subplot(2,1,1)
plot3(e1,e2,z);xlabel('X axis');ylabel('Y axis');zlabel('Z axis');
title('Electric Field Intensity Vector');grid on
subplot(2,1,2)
plot3(h1,h2,z);xlabel('X axis');ylabel('Y axis');zlabel('Z axis');
title('Magnetic Field Intensity Vector');grid on
pause(0,1);
end

运行后得到的图形：

从对Matlab得到的结果进行的理论分析：
从第一张电场强度矢量图可以看出，顺着波的传播方向(沿z轴正方向)看去，E(z,t)的尾端轨迹恰为右旋螺旋线，所以这是一个左旋圆极化波。而从理论分析，由上面的电场强度复矢量可以看出，Ey相位超前于Ex相位π2，角度α随着时间的增加向顺时针方向增大，故实验所得的图形符合理论，确实是左旋圆极化波。

实验心得：
一开始做这个实验的时候，在Matlab得到上面的那张图后，一直不明白为什么是右旋螺旋线，因为按照理论分析这应该是个左旋圆极化波，考虑了很久这个问题，之后才想起来，书上讲到了判断极化旋向的另一个办法是用电场强度瞬时矢量的尾端轨迹来判断，而尾端轨迹是右旋螺旋线则正说明了这是一个左旋的圆极化波。
通过这个实验，我加强了对知识的理解，而且更加立体化、形象化，不会像一直在书上学的那样很抽象，很难去体会。这同时也锻炼了我的动手能力，包括对Matlab的使用，以及对word公式工具的使用，编写上面那几个复杂的式子还是让我费了一些力，以前好像很少编写数学公式这样的word内容。
这个实验确实让我有所收获。还有，谢谢老师给我关于这门课的讲解。