Polarizácia je jednou zo základných charakteristík antén. Najprv musíme pochopiť polarizáciu rovinných vĺn. Potom môžeme diskutovať o hlavných typoch polarizácie antény.
lineárna polarizácia
Začneme chápať polarizáciu rovinnej elektromagnetickej vlny.
Planárna elektromagnetická vlna (EM) má niekoľko charakteristík. Prvým je, že výkon sa šíri jedným smerom (žiadne pole sa nemení v dvoch ortogonálnych smeroch). Po druhé, elektrické pole a magnetické pole sú navzájom kolmé a navzájom ortogonálne. Elektrické a magnetické polia sú kolmé na smer šírenia rovinnej vlny. Ako príklad uvažujme jednofrekvenčné elektrické pole (pole E) dané rovnicou (1). Elektromagnetické pole sa pohybuje v smere +z. Elektrické pole smeruje v smere +x. Magnetické pole je v smere +y.
V rovnici (1) dodržujte zápis: . Toto je jednotkový vektor (vektor dĺžky), ktorý hovorí, že bod elektrického poľa je v smere x. Rovinná vlna je znázornená na obrázku 1.
obrázok 1. Grafické znázornenie elektrického poľa pohybujúceho sa v smere +z.
Polarizácia je tvar stopy a šírenia (obrys) elektrického poľa. Ako príklad uvažujme rovnicu elektrického poľa rovinnej vlny (1). Budeme sledovať polohu, kde je elektrické pole (X,Y,Z) = (0,0,0) ako funkciu času. Amplitúda tohto poľa je znázornená na obrázku 2 v niekoľkých časových okamihoch. Pole osciluje na frekvencii "F".
obrázok 2. Pozorujte elektrické pole (X, Y, Z) = (0,0,0) v rôznych časoch.
Elektrické pole sa pozoruje na začiatku, osciluje tam a späť v amplitúde. Elektrické pole je vždy pozdĺž vyznačenej osi x. Pretože elektrické pole je udržiavané pozdĺž jednej čiary, možno toto pole považovať za lineárne polarizované. Okrem toho, ak je os X rovnobežná so zemou, toto pole je tiež opísané ako horizontálne polarizované. Ak je pole orientované pozdĺž osi Y, možno povedať, že vlna je vertikálne polarizovaná.
Lineárne polarizované vlny nemusia byť smerované pozdĺž horizontálnej alebo vertikálnej osi. Napríklad vlna elektrického poľa s obmedzením ležiacim pozdĺž čiary znázornenej na obrázku 3 by bola tiež lineárne polarizovaná.
obrázok 3. Amplitúda elektrického poľa lineárne polarizovanej vlny, ktorej dráha je uhol.
Elektrické pole na obrázku 3 možno opísať rovnicou (2). Teraz existuje x a y zložka elektrického poľa. Obidve komponenty majú rovnakú veľkosť.
Jedna vec, ktorú treba poznamenať o rovnici (2), je xy-zložka a elektronické polia v druhej fáze. To znamená, že obe zložky majú vždy rovnakú amplitúdu.
kruhová polarizácia
Teraz predpokladajme, že elektrické pole rovinnej vlny je dané rovnicou (3):
V tomto prípade sú prvky X a Y fázovo posunuté o 90 stupňov. Ak je pole pozorované ako (X, Y, Z) = (0,0,0) opäť ako predtým, krivka elektrického poľa v závislosti od času sa objaví, ako je znázornené nižšie na obrázku 4.
Obrázok 4. Intenzita elektrického poľa (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ doména. (3).
Elektrické pole na obrázku 4 sa otáča v kruhu. Tento typ poľa je opísaný ako kruhovo polarizovaná vlna. Pre kruhovú polarizáciu musia byť splnené nasledujúce kritériá:
- Štandard pre kruhovú polarizáciu
- Elektrické pole musí mať dve ortogonálne (kolmé) zložky.
- Ortogonálne zložky elektrického poľa musia mať rovnakú amplitúdu.
- Kvadratúrne komponenty musia byť fázovo posunuté o 90 stupňov.
Ak sa pohybujete na obrazovke Wave Figure 4, rotácia poľa je považovaná za proti smeru hodinových ručičiek a pravotočivo kruhovo polarizované (RHCP). Ak sa pole otáča v smere hodinových ručičiek, pole bude mať ľavotočivú kruhovú polarizáciu (LHCP).
Eliptická polarizácia
Ak má elektrické pole dve kolmé zložky, fázovo posunuté o 90 stupňov, ale rovnakej veľkosti, pole bude elipticky polarizované. Ak vezmeme do úvahy elektrické pole rovinnej vlny pohybujúcej sa v smere +z, opísanej rovnicou (4):
Miesto bodu, v ktorom nadobudne vrchol vektora elektrického poľa, je uvedené na obrázku 5
Obrázok 5. Okamžité elektrické pole eliptickej polarizácie. (4).
Pole na obrázku 5, pohybujúce sa proti smeru hodinových ručičiek, by bolo pravotočivé elipsovité, ak by sa pohybovalo mimo obrazovky. Ak sa vektor elektrického poľa otáča opačným smerom, pole bude ľavotočivo elipticky polarizované.
Okrem toho eliptická polarizácia odkazuje na jej excentricitu. Pomer excentricity k amplitúde hlavnej a vedľajšej osi. Napríklad excentricita vlny z rovnice (4) je 1/0,3 = 3,33. Elipticky polarizované vlny sú ďalej opísané smerom hlavnej osi. Vlnová rovnica (4) má os primárne pozostávajúcu z osi x. Všimnite si, že hlavná os môže byť v akomkoľvek rovinnom uhle. Uhol nie je potrebný na prispôsobenie osi X, Y alebo Z. Nakoniec je dôležité poznamenať, že kruhová aj lineárna polarizácia sú špeciálnymi prípadmi eliptickej polarizácie. 1,0 excentrická elipticky polarizovaná vlna je kruhovo polarizovaná vlna. Elipticky polarizované vlny s nekonečnou excentricitou. Lineárne polarizované vlny.
Polarizácia antény
Teraz, keď sme si vedomí polarizovaných elektromagnetických polí rovinných vĺn, polarizácia antény je jednoducho definovaná.
Polarizácia antény Hodnotenie vzdialeného poľa antény, polarizácia výsledného vyžarovaného poľa. Preto sú antény často uvádzané ako „lineárne polarizované“ alebo „pravotočivé kruhovo polarizované antény“.
Tento jednoduchý koncept je dôležitý pre anténnu komunikáciu. Po prvé, horizontálne polarizovaná anténa nebude komunikovať s vertikálne polarizovanou anténou. Vďaka teorému reciprocity anténa vysiela a prijíma úplne rovnakým spôsobom. Preto vertikálne polarizované antény vysielajú a prijímajú vertikálne polarizované polia. Preto, ak sa pokúsite preniesť vertikálne polarizovanú horizontálne polarizovanú anténu, nebude príjem.
Vo všeobecnom prípade pre dve lineárne polarizované antény otočené voči sebe o uhol ( ), bude strata výkonu v dôsledku tohto nesúladu polarizácie opísaná faktorom polarizačnej straty (PLF):
Preto, ak majú dve antény rovnakú polarizáciu, uhol medzi ich vyžarovacími elektrónovými poľami je nulový a nedochádza k žiadnej strate výkonu v dôsledku polarizačného nesúladu. Ak je jedna anténa polarizovaná vertikálne a druhá horizontálne, uhol je 90 stupňov a nebude sa prenášať žiadna energia.
POZNÁMKA: Posunutie telefónu nad hlavu do rôznych uhlov vysvetľuje, prečo môže byť príjem niekedy zvýšený. Antény mobilných telefónov sú zvyčajne lineárne polarizované, takže otáčanie telefónu môže často zodpovedať polarizácii telefónu, čím sa zlepší príjem.
Kruhová polarizácia je žiaducou charakteristikou mnohých antén. Obe antény sú kruhovo polarizované a netrpia stratou signálu v dôsledku nesúladu polarizácie. Antény používané v systémoch GPS sú kruhovo polarizované vpravo.
Teraz predpokladajme, že lineárne polarizovaná anténa prijíma kruhovo polarizované vlny. Podobne predpokladajme, že kruhovo polarizovaná anténa sa pokúša prijímať lineárne polarizované vlny. Aký je výsledný polarizačný stratový faktor?
Pripomeňme si, že kruhová polarizácia sú vlastne dve ortogonálne lineárne polarizované vlny, fázovo posunuté o 90 stupňov. Preto lineárne polarizovaná (LP) anténa bude prijímať iba kruhovo polarizovanú (CP) vlnovú fázovú zložku. Preto bude mať LP anténa stratu polarizačného nesúladu 0,5 (-3dB). To platí bez ohľadu na to, v akom uhle je LP anténa natočená. preto:
Polarizačný stratový faktor sa niekedy označuje ako účinnosť polarizácie, faktor nesúladu antény alebo faktor príjmu antény. Všetky tieto názvy odkazujú na rovnaký pojem.
Čas odoslania: 22. decembra 2023
