Polarizacija je ena osnovnih značilnosti anten. Najprej moramo razumeti polarizacijo ravninskih valov. Nato lahko razpravljamo o glavnih vrstah polarizacije anten.
linearna polarizacija
Začeli bomo razumevati polarizacijo ravninskega elektromagnetnega valovanja.
Planarno elektromagnetno (EM) valovanje ima več značilnosti. Prva je, da moč potuje v eno smer (v dveh pravokotnih smereh se polje ne spreminja). Drugič, električno in magnetno polje sta pravokotna drug na drugega in pravokotna drug na drugega. Električno in magnetno polje sta pravokotna na smer širjenja ravninskega valovanja. Kot primer si oglejmo enofrekvenčno električno polje (E polje), podano z enačbo (1). Elektromagnetno polje potuje v smeri +z. Električno polje je usmerjeno v smeri +x. Magnetno polje je v smeri +y.
V enačbi (1) upoštevajte oznako: . To je enotski vektor (vektor dolžine), ki pravi, da je točka električnega polja v smeri x. Ravni val je prikazan na sliki 1.
slika 1. Grafični prikaz električnega polja, ki potuje v smeri +z.
Polarizacija je sled in oblika širjenja (kontura) električnega polja. Kot primer si oglejmo enačbo električnega polja ravninskega vala (1). Opazovali bomo položaj, kjer je električno polje (X,Y,Z) = (0,0,0) kot funkcijo časa. Amplituda tega polja je prikazana na sliki 2 v več časovnih trenutkih. Polje niha s frekvenco "F".
slika 2. Opazujte električno polje (X, Y, Z) = (0,0,0) v različnih časih.
Električno polje opazujemo v izhodišču, kjer niha po amplitudi naprej in nazaj. Električno polje je vedno vzdolž označene osi x. Ker se električno polje vzdržuje vzdolž ene same črte, lahko rečemo, da je linearno polarizirano. Poleg tega, če je os X vzporedna s tlemi, je to polje opisano tudi kot horizontalno polarizirano. Če je polje usmerjeno vzdolž osi Y, lahko rečemo, da je val vertikalno polariziran.
Linearno polariziranih valov ni treba usmerjati vzdolž vodoravne ali navpične osi. Na primer, val električnega polja z omejitvijo, ki leži vzdolž črte, kot je prikazano na sliki 3, bi bil prav tako linearno polariziran.
slika 3. Amplituda električnega polja linearno polariziranega vala, katerega trajektorija je kot.
Električno polje na sliki 3 lahko opišemo z enačbo (2). Električno polje ima komponento x in y. Obe komponenti sta enake velikosti.
Pri enačbi (2) je treba omeniti xy-komponento in elektronsko polje v drugi fazi. To pomeni, da imata obe komponenti ves čas enako amplitudo.
krožna polarizacija
Predpostavimo, da je električno polje ravninskega vala podano z enačbo (3):
V tem primeru sta elementa X in Y zamaknjena v fazi za 90 stopinj. Če polje opazujemo kot (X, Y, Z) = (0,0,0) kot prej, bo krivulja električnega polja v odvisnosti od časa videti, kot je prikazano spodaj na sliki 4.
Slika 4. Jakost električnega polja (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ domena. (3).
Električno polje na sliki 4 se vrti v krogu. Ta vrsta polja je opisana kot krožno polariziran val. Za krožno polarizacijo morajo biti izpolnjeni naslednji kriteriji:
- Standard za krožno polarizacijo
- Električno polje mora imeti dve ortogonalni (pravokotni) komponenti.
- Ortogonalne komponente električnega polja morajo imeti enake amplitude.
- Kvadraturne komponente morajo biti fazno zamaknjene za 90 stopinj.
Če potujemo po zaslonu valovne slike 4, pravimo, da je vrtenje polja v nasprotni smeri urinega kazalca in desno krožno polarizirano (RHCP). Če se polje vrti v smeri urinega kazalca, bo polje levo krožno polarizirano (LHCP).
Eliptična polarizacija
Če ima električno polje dve pravokotni komponenti, ki sta za 90 stopinj izven faze, vendar enake velikosti, bo polje eliptično polarizirano. Če upoštevamo električno polje ravninskega vala, ki potuje v smeri +z, opisano z enačbo (4):
Lokus točke, kjer bo konica vektorja električnega polja, je prikazan na sliki 5.
Slika 5. Takojšnje električno polje eliptične polarizacije. (4).
Polje na sliki 5, ki potuje v nasprotni smeri urinega kazalca, bi bilo desno eliptično, če bi potovalo izven zaslona. Če se vektor električnega polja vrti v nasprotni smeri, bi bilo polje levo eliptično polarizirano.
Poleg tega se eliptična polarizacija nanaša na njeno ekscentričnost. Razmerje med ekscentričnostjo in amplitudo glavne in stranske osi. Na primer, ekscentričnost valovanja iz enačbe (4) je 1/0,3 = 3,33. Eliptično polarizirani valovi so nadalje opisani s smerjo glavne osi. Valovna enačba (4) ima os, ki jo sestavlja predvsem os x. Upoštevajte, da je lahko glavna os pod katerim koli kotom ravnine. Kot ni potreben za prileganje osi X, Y ali Z. Nazadnje je pomembno omeniti, da sta tako krožna kot linearna polarizacija posebna primera eliptične polarizacije. 1,0 ekscentrično eliptično polariziran val je krožno polariziran val. Eliptično polarizirani valovi z neskončno ekscentričnostjo. Linearno polarizirani valovi.
Polarizacija antene
Zdaj, ko poznamo elektromagnetna polja polariziranih ravninskih valov, je polarizacija antene preprosto definirana.
Polarizacija antene Vrednotenje daljnega polja antene, polarizacija nastalega sevanega polja. Zato so antene pogosto navedene kot "linearno polarizirane" ali "desno krožno polarizirane antene".
Ta preprost koncept je pomemben za antensko komunikacijo. Prvič, horizontalno polarizirana antena ne bo komunicirala z vertikalno polarizirano anteno. Zaradi izreka o recipročnosti antena oddaja in sprejema na popolnoma enak način. Zato vertikalno polarizirane antene oddajajo in sprejemajo vertikalno polarizirana polja. Če torej poskušate prenesti vertikalno polarizirano horizontalno polarizirano anteno, ne bo sprejema.
V splošnem primeru bo za dve linearno polarizirani anteni, ki sta druga glede na drugo zasukani za kot ( ), izguba moči zaradi te neusklajenosti polarizacije opisana s faktorjem polarizacijskih izgub (PLF):
Če imata torej dve anteni enako polarizacijo, je kot med njunima sevalnima elektronskima poljema nič in ni izgube moči zaradi neusklajenosti polarizacije. Če je ena antena vertikalno polarizirana, druga pa horizontalno polarizirana, je kot 90 stopinj in moč se ne bo prenesla.
OPOMBA: Sprejem se lahko včasih izboljša, če telefon premikate nad glavo pod različnimi koti. Antene mobilnih telefonov so običajno linearno polarizirane, zato se lahko z vrtenjem telefona pogosto uskladi polarizacija telefona in s tem izboljša sprejem.
Krožna polarizacija je zaželena lastnost mnogih anten. Obe anteni sta krožno polarizirani in ne trpita zaradi izgube signala zaradi neusklajenosti polarizacije. Antene, ki se uporabljajo v sistemih GPS, so desno krožno polarizirane.
Predpostavimo, da linearno polarizirana antena sprejema krožno polarizirane valove. Enakovredno predpostavimo, da krožno polarizirana antena poskuša sprejemati linearno polarizirane valove. Kakšen je nastali faktor polarizacijske izgube?
Spomnimo se, da je krožna polarizacija pravzaprav dva ortogonalno linearno polarizirana valova, ki sta za 90 stopinj izven faze. Zato bo linearno polarizirana (LP) antena sprejemala le fazno komponento krožno polariziranega (CP) vala. Zato bo imela LP antena izgubo zaradi neusklajenosti polarizacije 0,5 (-3 dB). To velja ne glede na to, pod katerim kotom je LP antena zasukana. zato:
Faktor polarizacijskih izgub se včasih imenuje tudi polarizacijska učinkovitost, faktor neusklajenosti antene ali faktor sprejema antene. Vsa ta imena se nanašajo na isti koncept.
Čas objave: 22. dec. 2023
