謝謝！

---

1. 極化方式的重要性

極化是天線一個非常重要的指標。天線的S參數決定信號能不能進入天線，增益決定天線能不能將電磁波非常有力的輻射出去，極化決定天線輻射出去的電磁波在空間中的變化形式。

天線的極化有著非常重要的實際意義。極化很大程度上決定了天線的收發，比如左旋圓極化波不能被右旋圓極化天線接收，垂直極化的天線不能接收水平極化的電磁波。工程上用圓極化來抑制多徑效應。假設接收天線是右旋圓極化，可以無損地接收右旋圓極化的直射來波，經過地面等多徑反射的來波在反射時旋向變為左旋，不會被發射天線接受。此時的天線交叉極化反應了對反射波的接收抑製程度。良好的交叉極化可以抑制多徑效應。

2.極化的定義

天線在遠場輻射的都是橫電磁波，如圖1所示。電場矢量的方向總是和磁場垂直，並且電場和磁場都垂直於傳播方向。假如電磁波沿著z軸傳播，電場和磁場矢量一定在xoy平面，並且電場和磁場相互垂直。電場矢量的變化形式決定了天線的極化方式。在xoy平面變化的電場可以是沿著一條線變化也可以沿著一個圓變化（見圖2不同極化方式電場在傳播方向的橫截面上的投影）。天線極化定義時用的是電場而不是磁場，兩者是一樣的，因為橫電磁波的電場和磁場總是在傳播方向的橫截面上垂直。

線極化：沿著電磁波的傳播方向看，電場矢量始終沿著一條線變化.（圖2 a）

圓極化：沿著電磁波的傳播方向看，電場矢量總是在繞圈，並且繞的圏接近圓形（圖2 b）

左旋圓極化：沿著電磁波的傳播方向看是逆時針旋轉（圖2中的圓極化就是左旋圓極化）

右旋圓極化：沿著電磁波的傳播方向看是順時針旋轉

橢圓極化：沿著電磁波的傳播方向看，電場矢量總是在繞圈，並且繞的圏接近橢圓（圖2 c）

左旋橢圓極化：沿著電磁波的傳播方向看是逆時針旋轉（如圖2c中的橢圓極化）

右旋橢圓極化：沿著電磁波的傳播方向看是順時針旋轉

關於左旋和右旋的簡單判斷方法：看電場旋轉的方向和傳播方向滿足左手螺旋還是右手螺旋，滿足左手螺旋就是左旋極化，反之亦然。

圖2不同極化方式電場在傳播方向橫截面上的投影

3.極化在指標上的判定形式

一般來說查看一個天線的極化主要看最大輻射方向上的極化方式。通常所說的圓極化天線，並非在天線360度的輻射方向上軸比都小於3 dB，而是在輻射角度範圍內滿足軸比小於3dB。

天線的極化從指標上來判斷最常用的是軸比（如圖3，定義橢圓的長軸和短軸之比為軸比）。軸比小於3 dB可以認為是圓極化，軸比遠大於3 dB為線極化。但是軸比小於3dB只能被認定為圓極化，卻不能判斷是左旋圓極化還是右旋圓極化。同理，也不能判斷天線是x方向的線極化還是y或者z方向的線極化。要想進一步判斷天線的極化形式，就需要查看天線的極化方向圖。

基本的模擬軟體比如HFSS中可以查看天線的極化方向圖。如果天線x方向的極化方向圖增益遠大於y方向的極化方向圖增益，天線就是x方向的線極化，反之亦然。天線左旋圓極化方向圖增益遠大於右旋圓極化方向圖增益，就可以認為是左旋圓極化，反之亦然。兩個極化方向圖增益之間的差值為交叉極化電平，交叉極化電平越大表示天線在某一個方向上的極化越純凈。

另外，從極化方向圖上也可以判斷是線極化還是圓極化。極化方向圖的x和y兩個分量的增益相等可判定為圓極化，相差較大可判定為線極化並且大的分量就是線極化的方向。

4.天線不同極化的實質

天線極化代表天線輻射的橫電磁波的電場分量的變化形式。如果沿著電磁波傳播方向看，線極化天線電場矢量的變化方向始終在一條直線上，但實際電場矢量的變化不可能完全是直線，就像圖2中的橢圓極化中的紫色投影一樣，所以就用軸比來定義。橢圓的長軸與短軸之比定義為軸比。軸比很大時，橢圓的長軸遠大於短軸，圖中的紫色投影是一個特別窄特別長的橢圓，這時候天線是線極化。當軸比接近0，也就是短軸與長軸一樣長（log1=0），紫色投影為標準的圓，這時候就是圓極化。

圓極化可分解為兩個方向垂直的相位差90度的線極化。這是平時設計圓極化天線的一個思路。當用線極化天線接受圓極化波時會有一半的功率被損耗，因為垂直於接收天線的線極化波無法被接收天線接收。

圖3電場矢量變化曲線

5.關於場強垂直或平行於地面

一般來說場強垂直於地面稱為垂直極化，場強平行於地面稱為水平極化。但是在有些場閤中會恰好相反。因為所有水平極化和垂直極化都是相對於某個參照物來說的。

圖 4 水平極化與垂直極化

水平極化和垂直極化的參考物可以是任何東西。絕大多數用地面當參照物，所以就出現了我們常說的水平極化和垂直極化。立在地面上的單極子天線就是一個典型的垂直極化天線，但如果單極子天線水平放置又變成了水平極化。

兩種極化波的優缺點:

水平極化：抗幹擾強、地面反射波影響小、接收難度大、不利於移動接收

垂直極化：抗幹擾弱、地面反射波影響大、接收簡單、適合移動接收

---

電磁場是橫波

波具有波動性

橫波的振動方向垂直於傳播方向

在三維的空間裏，傳播方向只佔據一個維度

因此，振動方向可以是二維的，這是極化可以存在的基礎。

現在我們就可以建立坐標繫了。

假設地面是xoy平面，波的傳播方向為沿x軸傳播。那麼波的振動方向在yz面上。

如果波僅在y軸上振動，那就是平行於地面的線極化波，z軸上就是垂直於地面的線極化波。其他方向就是與地面成n°角的線極化波。如果這個波花了四分之一週期從y軸正方向轉到了z軸正方向，且過程中振幅不變，就是圓極化。當然從z軸正方向轉到y軸正方向也是圓極化，左旋右旋的區別。振動方向旋轉過程中振幅不等就是橢圓極化，也有左旋右旋的區別。

如果振動方向旋轉90°不是1/4週期，就變成了帶軌道角動量的極化波。

-------分割線--------

畫圖是不可能畫圖的，這輩子都不可能畫圖的，代碼又不會寫，徒手畫就醜得一匹，只能靠文字才能在知乎上回答問題這樣子。

---

推薦閱讀：

相關文章