釐清平面波、TE(M)波、TE(M)極化、極化幾個概念

2021-02-19 微波射頻網

在一眾電磁仿真軟體的使用中，牽涉到平面波的設置或Floquet埠的設置。在設置平面波時，論壇裡有不少人提到TE波、TM波；在設置Floquet埠時，又有不少人提到TE極化、TM極化。其實，這些都有概念上的錯誤。如果不能非常清晰地理解平面波、TE(M)波、TE(M)極化、極化這幾個概念之間的區別與聯繫，就不能正確地使用仿真軟體，或者不能正確理解仿真軟體給出的結果。這就是「電磁學」教材中專門用篇幅來講這幾個概念的實際意義之一吧。

教材中一般都會用成套的公式來闡釋，本文爭取儘量用白話。

1. 平面波

就是一種TEM波，即橫電磁波，概念上就是：若電磁波傳播方向沿z軸，那麼電場矢量和磁場矢量都僅在xy平面上有分量，而在z軸上沒有分量。特別地，如果在同一平面上，各點的電場和磁場矢量與  都無關，那麼就是均勻平面波了。

2. TE(M)極化

最簡單的情形，當平面波斜入射到一個介質平面上，波矢  會與平面的法矢  形成一個面  。這個面定義為入射面，如果平面波的電場分量與 垂直，則稱平面波TE極化（在光學領域稱為S偏振光）；如果平面波的電場分量與 平行，則稱平面波為TM極化（在光學領域中稱為P偏振光）。

所以，平面波也可能有TE(M)的概念，只是必須有「入射面」作為背景，並且是稱為TE(M)極化波，而不是直接稱為TE(M)波。

另外，如果平面波的電場矢量  與 並不平行或垂直，則其也可以分解為平行與垂直的分量，那麼入射平面波就有兩種極化成分了。

3. （波）極化

這裡波的極化與TE(M)極化又不同，波的極化分為線極化、圓極化、橢圓極化，簡單定義之，當  和  之間的相位差為0或  （即同相或反相）就是線極化，當相位差非0且非  時，就是橢圓極化；當極化橢圓的軸比為1時，就是圓極化。可見，波的極化與TE(M)極化是兩碼事，提出的背景也完全不同。

4. TE(M)波

如果波在傳播方向上沒有電場分量，則為TE波；

如果沒有磁場分量，則為TM波;

如果電場、磁場分量都沒有，則為TEM波。

如果從遠場去看TEM波，則多數可以近按平面波處理。

所以，波極化、TE(M)波是電磁波本身的屬性，在理想情形下定義出平面波，當平面波遇到入射面，又定義出TE(M)極化。以上四個概念可能就是電磁場理論中最易混淆的吧。

作者：知乎 塗山先生冰侍狐

相關焦點

  • 電磁場與電磁波 第七章 平面波在無界媒質中的傳播
    理想介質中的平面波相互垂直的電場和磁場，構成了一個平面，與傳播方向垂直。這個平面是等相位面，這種電磁波是平面波。電場、磁場都處於與傳播方向垂直的橫截面上，稱這種波為橫電磁波（TEM）。均勻平面波等相位面為平面，且平面上的電場或者磁場強度處處相等，電磁場的幅度和相位僅沿傳播方向變化。電場 和磁場 都是只和z與t有關係的函數。
  • RFID讀寫器天線圓極化與線極化的性能區別
    天線的極化是以電磁波的極化來確定的。電磁波的極化方向通常是以其電場矢量的空間指向來描述的，即在空間某位置上，沿電磁波的傳播方向看去，其電場矢量在空間的取向隨時間變化所描繪出的軌跡。如果這個軌跡是一條直線，則稱為線極化，如果是一個圓，則稱為圓極化。一般來說天線極化方向就是電場的方向。
  • 高增益寬帶圓極化微帶天線陣研究
    針對現有存在的問題，本文提出一種具有小型化、高增益、寬頻帶的圓極化微帶陣列天線。研製了S波段小型化寬帶圓極化天線陣實驗樣機，並對天線陣實驗樣機的電特性進行了測量。測量結果表明，天線最大增益為15dB時，天線陣尺寸僅為295 mm×210 mm，天線陣的電壓駐波比帶寬達到了12.25％，圓極化軸比小於3 dB，帶寬達到9.4％，大於文獻[1]中的3.4 %。
  • 科學家首次在室溫條件拍攝到激子極化激元納米圖像!
    導讀最近，美國愛荷華州立大學的研究人員 Zhe Fei 帶領的科研團隊， 在室溫條件下，創造出了激子-極化激元，並研究了其相關特性，還首次拍攝到了這種準粒子的納米圖像。關鍵字準粒子、激子極化激元、光子、半導體、量子背景今天，我們還是從一個非常重要的物理概念開始。
  • 極化轉換器的原理分析與結構設計
    由於天線饋源輸出端通常要與帶有矩形接口的室外接收單元聯接，所以，反射面天線的饋源通常需要一段極化轉換器對於接收採用園極化波的衛星廣播信號，裝在接收天線饋源後的極化器先將圓極化波轉換為線極化波，再通過矩圓過渡波導將圓波導中的波型變換為矩形波導中的波型，以便與其後的衛星接收高頻頭(LNB)接口配接。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/153746.htm
  • 物理學中的波概念
    水給物理學打上了深深的特徵烙印，波(wave)、漲落(fluctuation)、鏡像(mirror image)、渦旋(vortex)等關鍵物理學概念都來自於水。水表面處的分子密度大於體內，其表面張力在20 ℃時~72.75 mN/m，可以說水有一張彈性適中的皮，極易表現出水面的波動(圖1)。因此，水波也就成為了一個人類也許在有文明之前就爛熟於胸的概念。水波隨處可見，深入人心，也就深入了物理學！
  • 什麼叫TEM、TE、TM電磁波?有啥區別-史上最明白的解釋
    TEM波就是橫波,HxE與k三者相互垂直,其他方向都沒有分量 但有的在波傳播方向k上有H波或E波,這就產生了所謂的TE波或TM波  在自由空間傳播的均勻平面電磁波(空間中沒有自由電荷,沒有傳導電流),電場和磁場都沒有和波傳播方向平行的分量
  • 基於Matlab的均勻平面電磁波的仿真
    著重仿真了均勻平面電磁波的傳播、極化、反射和折射的動態過程。 　　0 引言 　　「電磁場與電磁波」是電子與通信類專業本科生必修的一門專業基礎課，課程涵蓋的內容是電子與通信類專業本科階段所應具備的知識結構的重要組成部分。 　　在教學過程中，學生普遍反映該門課程比較抽象，包含了大量的數學公式推導，很多概念難以理解。
  • 24GHz微波雷達天線的極化方式選擇
    天線作為雷達傳感器的關鍵性器件，在雷達傳感器中起「咽喉」作用，一方面需要儘可能多的把射頻源的信號發射出去；另一方面需要使雷達波覆蓋到合適的區域。根據筆者的設計經驗，國內外廠商常用的24GHz天線形式有微帶陣列天線、喇叭天線、介質基片集成波導天線（SIW）以及透鏡天線。綜合考慮雷達傳感器體積和製造成本，商用領域最流行的天線形式是微帶天線。
  • 前沿視點:為什麼我們需要極化聲子雷射器?
    在1996年Imamoglu及其合作者提出了極化聲子雷射器的概念。【1】他們是基於一種叫激子極化聲子的準粒子提出此概念，這種準粒子由光和物質組成，產生於適當設計的半導體晶體結構中。　　激子極化聲子產生於激子（由約束電子空穴對產生的中性準粒子）和光子（例如，困於半導體結構的可見光）。作為玻色子，激子極化聲子可形成凝聚，類似於在冷原子氣中觀察到的玻色愛因斯坦凝聚。
  • 營銷研究:從案例淺談M型社會結構下的極化營銷
    所謂極化營銷（market polariton），是筆者根據M型社會的情況結合實際研究出的。其概念是指在Ｍ型社會結構下，市場已經被分割成若干塊（segments of the market），其中最高端市場和最低端市場處在Ｍ的兩個極尖上，中間市場已經逐漸消失（escaping the middle-market trap）,營銷戰略制定者和定位者應當把政策和策劃重點放在高端市場和低端市場兩個極點上，進行以此為基礎的系列市場動作，是為極化營銷。
  • 【電子科技大學】電磁波綜合教學實驗儀
    ，是一門理論性強，概念抽象，難教難學的課程。電磁波綜合教學實驗儀是針對該課程的實驗教學而研製開發的。在多年開設電磁場與電磁波實驗的教學經驗，電子科技大學以「眼見為實」的設計理念，創新開發出了這種電磁波綜合教學實驗儀，在近年本科生「電磁場理論」「電磁場與電磁波」的教學中應用，顯著提升了課程教學效果。 　　1 實驗儀工作原理 　　在實際應用中，電磁波的收發均離不開天線。
  • 對網絡輿論中群體極化現象的研究
    概念界定這裡，先對本文的兩個關鍵詞——「網絡中的群體」和「群體極化」的概念，作一些詮釋。筆者認為網絡群體應該和現實生活中的群體不一樣，研究網絡群體的時候應當注意界定「群體」一詞時依據的標準，但至今因為欠缺具體的社會學知識，所以無法具體給這個概念定義，下列是歸納的需要注意的幾個方面：一是必須有一個共同議題，即所有成員都在談論這個議題，當然允許在輿論形成過程中發生議題的深化，而成員內部並不要求必須達到完全一致，只要求基本觀點一致即可，但是不排除在議題深化的過程中部分成員退出或不再發表自己的觀點
  • 量子力學中的物質波與概率波
    這裡 m 是粒子質量，第一項是動能算符，第二項是勢能。所以薛丁格方程實質上是關於能量的恆等式，或者就是能量守恆的量子力學表達式。描述微觀粒子狀態的波函數為Ψ（x,y,z,t），質量為m的微觀粒子在勢場U（x,y,z,t）中運動。在給定初始條件和邊界條件以及波函數所滿足的單值、有限、連續的條件下，由薛丁格方程可解出波函數Ψ（x,y,z,t）。   這樣解出的波函數有什麼物理意義呢？
  • 基於各向異性時域數字編碼超表面的可編程線性和非線性極化合成
    圖1 通過調控x和y極化方向上的反射幅/相響應，各向異性時域數字編碼超表面產生多重極化態的反射波。(橙色射線代表任意線極化入射波，藍色射線1代表右旋圓極化反射波，綠色射線2代表任意線極化反射波，藍色射線3代表左旋圓極化反射波，綠色射線4代表交叉極化的線極化反射波)要點1: 實現可編程線性極化合成功能該研究團隊利用各向異性時域編碼技術，巧妙地在各向異性編碼超表面的y (x)極化方向構造佔空比可變、相位狀態為0和π的周期性脈衝相位調製，同時使其
  • 極化方向對通信的影響，你必須知道
    一般認為電磁波有兩個分量，電場和磁場，每一個都在特定的空間方向上振蕩。也就是說，當它們在自由空間中移動時，它們在一個特定的方向上從正值到負值不等。此外，兩個分量的震蕩方向是相互垂直的。請看下圖，這是EM波形的簡化表示。
  • 從黃昆方程到極化激元——黃昆方程的歷史意義和現實意義
    離子晶體中正負離子相對振動形成長光學波，質心的振動形成長聲學波。| 圖片來源：維基百科 　　黃昆方程正是把光波與光學聲子關聯起來。一開始人們沒有意識到它的重要價值。此時必須考慮麥克斯韋方程組中的其它幾個方程： 　　所得到的解表明，光波只受到電子（速度為）以及LO和TO
  • 心電圖記錄、P波
    P波與PR間期由於竇房結位於右心房的近端，並且去極化是從右向左、和從上到下（從近端向遠端）發出的，因此正常的 P 波在Ⅰ、Ⅱ、aVF 和 V 4 ~V 6 導聯上是正向的（向上的）。心房復極發生於 QRS 波群的時間內，因此心電圖上看不到心房復極波。
  • 電信學院課題組與國外學者合作在電磁波功能調控領域取得重要研究...
    哈工大報訊（電信/文）近日，我校張狂副教授、吳群教授與國外學者合作率領團隊成員在超構表面對電磁波的多功能調控基礎研究領域取得重要突破，提出了一種基於手性幾何超構表面的相位調控通用方法，能夠對全部圓極化通道進行獨立調控，從而實現出射能量的全場利用。
  • 郭玉松團隊揭示平面細胞極化核心蛋白從內質網輸出的分子機制
    許多上皮組織在垂直於經典的頂端-基底軸的方向上也沿著平面極化，這種現象稱為平面細胞極化（Planar Cell Polarity, PCP）。PCP對於上皮組織結構的極化構造以及各種協調的細胞行為至關重要。PCP缺陷與多種人類疾病相關，包括癌症轉移，纖毛病和先天性心臟病。