电磁场的极化

天线产生的电磁场与远场中的传播方向正交。场可以指向这个平面上的任何方向，因此可以分解为两个正交分量。从理论上讲，定义这两个分量的方法有很多种，但通常使用（H，V）集或（L，R）集。（H，V）表示水平和垂直，可以很容易地表示为x和y分量；而（L，R）表示左右圆形。很难想象空间中的一个矢量可以有一个圆形分量，其秘密在于每个分量都可以是复数，这就大大增加了这种矢量轨迹的复杂性。

让我们看看几个简单的例子。时变场可以写成

哪里

是相量表示的两个分量。和分别为h轴和v轴的单位向量。

最简单的情况可能是线性极化，当两个分量总是处于相位时发生线性极化。假设

，

该字段可以由[1 1]的向量来表示。对于这样的现场看起来像极化

fv=[1；1]；帮助极化视图（fv）

从图中可以清楚地看出，组合极化沿45度对角线。

在该图的右上部分中的情节通常被称为极化椭圆。它是在H-V平面合并的场迹线的投影。极化椭圆的特征往往是两个角度，倾斜角（也被称为取向角）和椭圆度角.在这种情况下，倾角为45度，椭圆度为0。椭圆上的圆点表示，当时间流逝时，复合场是如何沿着H-V平面上的轨迹运动的。

极化场也可以用长度为4的Stokes矢量来表示。线偏振对应的斯托克斯矢量[1;1]由

s=斯托克斯（fv）

S = 2 0 2 0

注意，向量中的所有4个元素都是实数。事实上，所有这些条目都是可度量的。此外，可以看出，这四个量总是满足以下方程

.

因此，每一组Stokes可以看作是球面上的一个点。这种球体被称为庞加莱球体。上图右下角显示了上述字段的Poincare球体。

接着是一个圆极化场，其中

FV = [1; 1I];helperPolarizationView（FV）

图中显示组合字段的轨迹是一个圆。偏振椭圆和Poincare球都表明场是左圆偏振的。

通常，字段的轨迹是椭圆的，如下所示

阵线=[2 + 1我;1-1i];helperPolarizationView（FV）

天线的极化

天线的极化被定义为无论它是否是在发送或接收模式时，通过天线发送的场的极化。然而，如前面提到的，偏振被在垂直于传播方向的平面所限定。因此，每个传播方向的局部坐标系中被定义，如下面的图所示。

有些天线的结构决定了它的极化，比如偶极子。偶极天线具有与它的方向平行的极化。假设频率为300mhz，对于垂直短偶极子，在瞄准线处的极化响应即为。， 0°方位角和0°仰角由

天线=相位短天线('轴方向'，“Z”);fc = 3 e8;RESP =天线（FC，[0; 0]）

resp =结构与字段:H: 0 V: -1.2247

注意，水平分量为0。如果我们改变了偶极子天线的取向为水平时，垂直分量变为0。

天线=相位短天线('轴方向'，“是”);RESP =天线（FC，[0; 0]）

resp =结构与字段:H: -1.2247 V: 0

极化损失

当两个天线形成发射/接收对时，它们的极化会影响接收信号的功率。因此，要以最大功率采集信号，接收天线的极化必须与发射天线的极化相匹配。偏振匹配系数可以测量为

哪里和分别表示发射天线和接收天线的归一化极化状态。

假设发射和接收天线的短偶极天线。发射天线位于在原点和接收天线在位置（100,0,0）。首先，考虑其中两个天线是沿Y轴且彼此面对的情况。这是两个天线极化匹配的情况。

pos_r=[100；0；0]；lclaxes_t=azelaxes（0,0）；发射机坐标系lclaxes_r = azelaxes（180,0）;％接收机面对发射机ang_t=[0；0]；接收器在发射机的瞄准线ang_r = (0, 0);发射机在接收机的瞄准线txAntenna = phased.ShortDipoleAntennaElement ('轴方向'，“Z”);resp_t = txAntenna（FC，ang_t）;rxAntenna = phased.ShortDipoleAntennaElement（'轴方向'，“Z”);ang_r resp_r = rxAntenna (fc);普洛斯= polloss ([resp_t.H; resp_t.V], [resp_r.H; resp_r.V], pos_r, lclaxes_r)

PLOSS = 0

损耗为0dB，说明没有偏振失配引起的损耗。下面的部分显示了模拟信号的效果。

%信号仿真[x, t] = helperPolarizationSignal;创建散热器和收集器散热器= phased.Radiator（'传感器'，txAntenna，“两极分化”，“组合”，...“OperatingFrequency”足球俱乐部,'传播速度'，3e8）；收集器=...phased.Collector ('传感器'rxAntenna,“两极分化”，“组合”，...“OperatingFrequency”足球俱乐部,'传播速度'，3e8）；％的信号的发送和接收x t=散热器（x，ang_t，lclaxes_t）；y=收集器（xt，ang_r，lclaxes_r）；辅助极化信号图（t，x，y，“垂直”）

由图可知，该信号与无损耗接收。每个短偶极天线提供1.76 dB的增益，所以所接收的信号比发送信号强1.5倍。

如果用水平极化天线接收信号，两个天线的极化是正交的，因此，接收天线将不接收任何功率。极化损耗可以通过以下方法得到

rxAntenna = phased.ShortDipoleAntennaElement（'轴方向'，“是”);ang_r resp_r = rxAntenna (fc);普洛斯= polloss ([resp_t.H; resp_t.V], [resp_r.H; resp_r.V], pos_r, lclaxes_r)

ploss=Inf

这个过程可以使用下面的图可以更好地理解。

如图所示，天线的极化可以看作是一个滤波器，它可以屏蔽任何与天线自身极化状态正交的极化波。

正如预期的那样，信号仿真显示所接收到的信号为0。

收集器=...phased.Collector ('传感器'rxAntenna,“两极分化”，“组合”，...“OperatingFrequency”足球俱乐部,'传播速度'，3e8）；％的信号的发送和接收x t=散热器（x，ang_t，lclaxes_t）；y=收集器（xt，ang_r，lclaxes_r）；辅助极化信号图（t，x，y，“水平”）

一个人可以旋转接收天线来获得极化的部分匹配。例如，假设前一个例子中的接收天线绕x轴旋转45度，那么接收到的信号就不再是0，尽管没有极化匹配时那么强。

%旋转轴lclaxes_r = ROTX（45）* azelaxes（180,0）;％的信号的发送和接收x t=散热器（x，ang_t，lclaxes_t）；y=收集器（xt，ang_r，lclaxes_r）；辅助极化信号图（t，x，y，“45度”）

对应的偏振损耗是

普洛斯= polloss ([resp_t.H; resp_t.V], [resp_r.H; resp_r.V], pos_r, lclaxes_r)%以分贝计。

PLOSS = 3.0103

目标极化签名

当电磁波击中目标，波将被散射掉目标和一些能量将两个正交偏振分量之间转移。因此，目标散射机制通常是由2×2的雷达散射截面（RCS）矩阵（也称为散射矩阵），其对角项指定对角项如何目标散射的能量转换成原始H和V偏振分量和关闭指定建模目标如何散射的能量转换成相反的偏振分量。

由于发射和接收天线可以有任意的极化组合，因此研究不同极化配置下目标的极化特征是很有意义的。该签名将不同极化下的接收功率绘制成发射极化椭圆的倾斜角和椭圆度角的函数。这也可以看作是有效RCS的一种度量。两个最广泛使用的极化信号(也称为极化响应)是共极化(co-pol)响应和交叉极化(cross-pol)响应。Co-pol响应使用相同的极化来发送和接收，而cross-pol响应使用正交极化来接收。

最简单的目标是球体，其RCS矩阵由[10；01]给出，这意味着反射极化与入射极化相同。球面的偏振特征由

s=眼睛（2）；子批次（211）；polsignature（s，'C')；子批次（212）；polsignature（s，“x”);

从图中可以看出，对于这样的目标，椭圆度角为0的线性极化在共极化设置中产生最大回报，而椭圆度角为45度或-45度的圆极化在交叉极化配置中产生最大回报。

更复杂的目标是二面体，它本质上是反射两次波的角，如下图左侧所示：

上述图所示的极化场沿两个反射如何改变的右侧。该两次反射后，水平偏振分量仍然而垂直偏振分量被反转相同。因此，它的横截面矩阵和极化签名是由给

s = [1 0;0 -1];次要情节(211);polsignature（S，'C'）副区（212）;polsignature（S，“x”）

结果表明，圆极化在co-pol环境下效果最好，而45度线性极化在cross-pol环境下效果最好。

利用天线和目标模拟极化信号传播

把一切在一起时，极化信号首先由一个天线发送，则反弹目标，最后得到接收的接收天线。接着是该信号流的模拟。

模拟假设垂直偶极子作为发射天线，水平偶极子作为接收天线，和一个目标，其RCS矩阵为[0 1 1 0]，它翻转信号的极化。为了示出目的，在自由空间中的传播被忽略，因为它不影响偏振。还假设该发射天线，目标，和所述接收天线是在沿着所述发射天线的视轴的线。局部坐标系是用于发射天线和目标相同的。接收天线朝向发射天线。

定义发射和天线txAntenna = phased.ShortDipoleAntennaElement ('轴方向'，“Z”)；Rxatenna=相位短双极天线('轴方向'，“是”);散热器= phased.Radiator（'传感器'，txAntenna，“两极分化”，“组合”)；收集器=阶段收集器('传感器'rxAntenna,“两极分化”，“组合”);%模拟信号[x, t] = helperPolarizationSignal;%入射角和到达角ang_tx = [0 0];ang_tgt_in = [180; 0];ang_tgt_out = [0 0];ang_rx = [0 0];局部坐标系lclaxes_tx=阿塞拜疆（0,0）；lclaxes_tgt=lclaxes_tx；lclaxes_rx=阿塞拜疆（180,0）；%定义目标目标=相控阵雷达目标('EnablePolarization'，真正，...'模式'，“双基地”，'ScatteringMatrix'，[0 1；1 0]）；%模拟接收信号XT =散热器（X，ang_tx，lclaxes_tx）;%辐射XR =目标（XT，ang_tgt_in，ang_tgt_out，lclaxes_tgt）;%反映y =收集器(xr, ang_rx lclaxes_rx);％ 收藏帮助极化信号图（t，x，y，“水平”);

注意，由于目标翻转极化组件，水平极化天线能够接收垂直极化天线发送的信号。

总结

这个例子回顾了极化的基本概念，并介绍了如何使用相控阵系统工具箱分析和建模极化天线和目标。