Polarizacija je ena od osnovnih lastnosti anten. Najprej moramo razumeti polarizacijo ravnih valov. Nato lahko razpravljamo o glavnih vrstah polarizacije antene.
linearna polarizacija
Začeli bomo razumeti polarizacijo ravnih elektromagnetnih valov.
Planarno elektromagnetno (EM) valovanje ima več značilnosti. Prvi je, da moč potuje v eno smer (v dveh pravokotnih smereh se polje ne spreminja). Drugič, električno polje in magnetno polje sta pravokotna drug na drugega in pravokotna drug na drugega. Električno in magnetno polje sta pravokotna na smer širjenja ravnih valov. Kot primer upoštevajte enofrekvenčno električno polje (E polje), podano z enačbo (1). Elektromagnetno polje potuje v smeri +z. Električno polje je usmerjeno v +x smer. Magnetno polje je v smeri +y.
V enačbi (1) upoštevajte oznako: . To je enotski vektor (vektor dolžine), ki pove, da je točka električnega polja v smeri x. Ravni val je prikazan na sliki 1.
slika 1. Grafični prikaz električnega polja, ki potuje v +z smeri.
Polarizacija je sled in oblika (kontura) širjenja električnega polja. Kot primer upoštevajte enačbo električnega polja ravnih valov (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 obdobjih. Polje niha s frekvenco "F".
slika 2. Opazujte električno polje (X, Y, Z) = (0,0,0) ob različnih časih.
Električno polje opazujemo v izvoru, ki niha naprej in nazaj po amplitudi. Električno polje je vedno vzdolž označene osi x. Ker se električno polje vzdržuje vzdolž ene same črte, lahko rečemo, da je to polje linearno polarizirano. Poleg tega, če je os X vzporedna s tlemi, je to polje opisano tudi kot vodoravno polarizirano. Če je polje usmerjeno vzdolž osi Y, lahko rečemo, da je val navpično polariziran.
Linearno polariziranih valov ni treba usmeriti 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). Sedaj obstaja x in y komponenta električnega polja. Obe komponenti sta enako veliki.
Pri enačbi (2) je treba opozoriti na xy-komponento in elektronska polja v drugi stopnji. 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 za 90 stopinj zamaknjena v fazi. Če polje opazujemo kot (X, Y, Z) = (0,0,0) spet kot prej, bo prikazana krivulja električnega polja v odvisnosti od časa, kot je prikazano spodaj na sliki 4.
Slika 4. Električna poljska jakost (X, Y, Z) = (0,0,0) domena EQ. (3).
Električno polje na sliki 4 se vrti v krogu. Ta vrsta polja je opisana kot krožno polarizirano valovanje. 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 za 90 stopinj zamaknjene v fazi.
Če potujete na zaslonu Wave Slika 4, naj bi bilo vrtenje polja v nasprotni smeri urnega kazalca in desno krožno polarizirano (RHCP). Če polje zavrtimo v smeri urinega kazalca, bo polje levosučne krožne polarizacije (LHCP).
Eliptična polarizacija
Če ima električno polje dve pravokotni komponenti, ki sta za 90 stopinj drugačni od faze, vendar enaki velikosti, bo polje eliptično polarizirano. Ob upoštevanju električnega polja ravninskega vala, ki potuje v smeri +z, ki ga opisuje enačba (4):
Geografsko mesto točke, v kateri bo vrh vektorja električnega polja, je podano na sliki 5
Slika 5. Električno polje hitrega eliptičnega polarizacijskega vala. (4).
Polje na sliki 5, ki potuje v nasprotni smeri urinega kazalca, bi bilo desnosučno eliptično, če bi potovalo izven zaslona. Če se vektor električnega polja vrti v nasprotni smeri, bo polje levosučno eliptično polarizirano.
Poleg tega se eliptična polarizacija nanaša na njegovo ekscentričnost. Razmerje med ekscentričnostjo in amplitudo velike in pomožne osi. Na primer, ekscentričnost valov iz enačbe (4) je 1/0,3= 3,33. Eliptično polarizirane valove nadalje opisuje smer velike osi. Valovna enačba (4) ima os, ki jo sestavlja predvsem os x. Upoštevajte, da je lahko glavna os pod katerim koli ravninskim kotom. Za prileganje osi X, Y ali Z ni potreben kot. Na koncu je pomembno omeniti, da sta tako krožna kot linearna polarizacija posebna primera eliptične polarizacije. 1.0 ekscentrično eliptično polarizirano valovanje je krožno polarizirano valovanje. Eliptično polarizirani valovi z neskončno ekscentričnostjo. Linearno polarizirani valovi.
Polarizacija antene
Zdaj, ko poznamo polarizirana elektromagnetna polja ravnih valov, je polarizacija antene preprosto definirana.
Polarizacija antene Ocena daljnega polja antene, polarizacija nastalega sevanega polja. Zato so antene pogosto navedene kot "linearno polarizirane" ali "desnosučne krožno polarizirane antene".
Ta preprost koncept je pomemben za antenske komunikacije. Prvič, horizontalno polarizirana antena ne bo komunicirala z vertikalno polarizirano anteno. Zaradi izreka recipročnosti antena oddaja in sprejema na popolnoma enak način. Zato vertikalno polarizirane antene oddajajo in sprejemajo vertikalno polarizirana polja. Zato, če poskušate prenesti vertikalno polarizirano horizontalno polarizirano anteno, ne bo sprejema.
V splošnem primeru bo za dve linearno polarizirani anteni, zasukani druga glede na drugo za kot ( ), izguba moči zaradi te polarizacijske neusklajenosti opisana s faktorjem polarizacijske izgube (PLF):
Torej, če imata dve anteni enako polarizacijo, je kot med njunima sevalnima elektronskima poljema enak nič in ni izgube moči zaradi neusklajenosti polarizacije. Če je ena antena navpično polarizirana in druga vodoravno polarizirana, je kot 90 stopinj in moč se ne prenaša.
OPOMBA: Premikanje telefona čez glavo pod različnimi koti pojasnjuje, zakaj se včasih lahko poveča sprejem. Antene mobilnih telefonov so običajno linearno polarizirane, zato lahko vrtenje telefona pogosto uskladi polarizacijo telefona in tako 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 sprejeti linearno polarizirane valove. Kakšen je nastali faktor polarizacijske izgube?
Spomnimo se, da sta krožna polarizacija pravzaprav dva pravokotna linearno polarizirana vala, za 90 stopinj zamaknjena v fazi. Zato bo linearno polarizirana (LP) antena sprejela le krožno polarizirano (CP) valovno fazno komponento. Zato bo imela LP antena izgubo polarizacijskega neskladja 0,5 (-3dB). To velja ne glede na to, za kakšen kot je zasukana LP antena. torej:
Faktor izgube polarizacije se včasih imenuje polarizacijska učinkovitost, faktor neusklajenosti antene ali faktor sprejema antene. Vsa ta imena se nanašajo na isti koncept.
Čas objave: 22. december 2023
