Поляризационная структура излученного сигнала

Векторное электромагнитное поле, в отличие от скалярного акустического поля, имеет поляризационную структуру. Это означает, что в фиксированной точке пространства конец вектора напряженнос­ти электрического (или магнитного ) поля в плоскости поляриза­ции, перпендикулярной к направлению распространения электромагнит­ной волны, совершает вращательное движение, описывая за каждый период высокочастотного колебания траекторию, в общем случае эллиптическую, называемую годографом (рис. 11.1).

Рис. 11.1. Годограф вектора напряженности электрического поля эллиптически поляризованной волны.

Эллиптически поляризованная волна (наиболее общий случай) может быть разложена на две ортогонально поляризованные составляю­щие, каждая из которых характеризуется своей амплитудой и фазой:

.

Каждая пара ортогонально поляризованных векторов и единичной длины , т.е. ортонормированных векторов, образует так называемый поляризационный базис. Поляризационных базисов может быть бесконечное множество (рис. 11.2). Они отлича­ются эллиптичностью (как отношением малого и большого диаметров эллипсов) и углом ориентации. Однако наиболее широкое распростра­нение получили два поляризационных базиса: линейный и круговой (рис. 11.3). Линейный базис составляют два пульсирующих вектора с горизонтальной и вертикальной поляризацией единичной длины (рис. 11.3.а). Круговой базис составляют два вращающихся вектора с круговой поляризацией (правой и левой) единичной длины (рис. 11.3.б).

Рис. 11.2. Эллиптический поляризационный базис

а б

Рис. 11.3. Линейный (а) и круговой (б) поляризационные базисы

Комплексные амплитуды и , характеризующие амплитуду и фазу ортогонально поляризованных составляющих вектора , есть проекции вектора на направления ортов и соответственно, которые определяются скалярными произведениями:

Комплексные амплитуды и можно считать комплексными коорди­натами вектора в базисе [ , ].

Меняя амплитуду и фазу, т.е. управляя амплитудой и фазой и ортогонально поляризованных колебаний (волн) с линейной поляризацией, получаемых, например, с помощью горизонтально и вертикально расположенных вибраторов, или с круговой поляризацией, получаемых, например, с помощью спиральных излучателей с правозаходной и левозаходной спиралью, можно получить необходимую поляризационную структуру зондирующего (излученного) сигнала и управ­лять ею. Процесс формирования некоторой эллиптически поляризо­ванной волны с помощью ортогонально поляризованных волн с круго­вой поляризацией показан на рис, 11.4,а, а с линейной поляриза­цией - на рис. 11.4,б.

а б

Рис. 11.4. Результирующая эллиптически поляризованная волна, сформированная из составляющих с круговой (а) и линейной (б) поляризацией.

Здесь в моменты времени с интервалом в четверть периода высокочастотного колебания показаны ортогонально поляризованные составляющие с учетом их комплексных амплитуд и . Складывая векторы напряженности электрического поля, соответствующие ортогонально поляризованным компонентам для одних и тех же моментов времени, получаем результирующий вектор напряженности электрического поля последовательно в моменты времени , т.е. поляризационную структуру излучаемого сигнала (годограф вектора Е).