Поляризацията е една от основните характеристики на антените. Първо трябва да разберем поляризацията на плоските вълни. След това можем да обсъдим основните видове поляризация на антената.
линейна поляризация
Ще започнем да разбираме поляризацията на плоска електромагнитна вълна.
Планарната електромагнитна (ЕМ) вълна има няколко характеристики. Първият е, че мощността се движи в една посока (не се променя полето в две ортогонални посоки). Второ, електрическото поле и магнитното поле са перпендикулярни едно на друго и ортогонални едно на друго. Електрическите и магнитните полета са перпендикулярни на посоката на разпространение на равнинните вълни. Като пример, разгледайте едночестотно електрическо поле (E поле), дадено от уравнение (1). Електромагнитното поле се движи в посока +z. Електрическото поле е насочено в посока +x. Магнитното поле е в посока +y.
В уравнение (1) спазвайте обозначението: . Това е единичен вектор (вектор на дължина), който казва, че точката на електрическото поле е в посока x. Плоската вълна е илюстрирана на фигура 1.
фигура 1. Графично представяне на електрическото поле, движещо се в посока +z.
Поляризацията е следата и формата на разпространение (контур) на електрическо поле. Като пример, разгледайте уравнението на електрическото поле на плоска вълна (1). Ще наблюдаваме позицията, където електрическото поле е (X,Y,Z) = (0,0,0) като функция на времето. Амплитудата на това поле е изобразена на фигура 2 в няколко момента във времето. Полето осцилира с честота "F".
фигура 2. Наблюдавайте електрическото поле (X, Y, Z) = (0,0,0) в различно време.
Електрическото поле се наблюдава в началото, като осцилира напред-назад по амплитуда. Електрическото поле винаги е по посочената ос x. Тъй като електрическото поле се поддържа по една линия, това поле може да се каже, че е линейно поляризирано. Освен това, ако оста X е успоредна на земята, това поле също се описва като хоризонтално поляризирано. Ако полето е ориентирано по оста Y, може да се каже, че вълната е вертикално поляризирана.
Не е необходимо линейно поляризираните вълни да бъдат насочвани по хоризонтална или вертикална ос. Например вълна на електрическо поле с ограничение, лежащо по протежение на линия, както е показано на фигура 3, също би била линейно поляризирана.
изображение 3. Амплитудата на електрическото поле на линейно поляризирана вълна, чиято траектория е ъгъл.
Електрическото поле на фигура 3 може да се опише с уравнение (2). Сега има x и y компонент на електрическото поле. И двата компонента са еднакви по размер.
Едно нещо, което трябва да се отбележи относно уравнение (2), е xy-компонентът и електронните полета във втория етап. Това означава, че и двата компонента имат еднаква амплитуда през цялото време.
кръгова поляризация
Сега приемете, че електрическото поле на плоска вълна е дадено от уравнение (3):
В този случай X- и Y-елементите са извън фазата на 90 градуса. Ако полето се наблюдава като (X, Y, Z) = (0,0,0) отново както преди, кривата на електрическото поле спрямо времето ще се появи, както е показано по-долу на Фигура 4.
Фигура 4. Сила на електрическото поле (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ домейн. (3).
Електрическото поле на фигура 4 се върти в кръг. Този тип поле се описва като кръгово поляризирана вълна. За кръгова поляризация трябва да бъдат изпълнени следните критерии:
- Стандарт за кръгова поляризация
- Електрическото поле трябва да има две ортогонални (перпендикулярни) компоненти.
- Ортогоналните компоненти на електрическото поле трябва да имат равни амплитуди.
- Квадратурните компоненти трябва да са извън фазата на 90 градуса.
Ако се движите по екрана на вълновата фигура 4, се казва, че въртенето на полето е обратно на часовниковата стрелка и е с дясна кръгова поляризация (RHCP). Ако полето се завърти по посока на часовниковата стрелка, полето ще бъде с лява кръгова поляризация (LHCP).
Елиптична поляризация
Ако електрическото поле има два перпендикулярни компонента, 90 градуса извън фазата, но с еднаква величина, полето ще бъде елиптично поляризирано. Като се има предвид електрическото поле на плоска вълна, движеща се в посока +z, описана от уравнение (4):
Геометричното място на точката, в която ще се приеме върхът на вектора на електрическото поле, е дадено на фигура 5
Фигура 5. Електрическо поле на бърза елиптична поляризационна вълна. (4).
Полето на фигура 5, което се движи в посока, обратна на часовниковата стрелка, би било дясно елиптично, ако се движи извън екрана. Ако векторът на електрическото поле се върти в обратна посока, полето ще бъде ляво елиптично поляризирано.
Освен това елиптичната поляризация се отнася до нейния ексцентричност. Съотношението на ексцентрицитета към амплитудата на голямата и малката ос. Например, ексцентрицитетът на вълната от уравнение (4) е 1/0,3= 3,33. Елиптично поляризираните вълни се описват допълнително чрез посоката на главната ос. Вълновото уравнение (4) има ос, състояща се основно от оста x. Обърнете внимание, че главната ос може да бъде под произволен ъгъл на равнина. Ъгълът не е необходим, за да пасне на оста X, Y или Z. И накрая, важно е да се отбележи, че както кръговата, така и линейната поляризация са специални случаи на елиптична поляризация. 1.0 ексцентричната елиптично поляризирана вълна е кръгово поляризирана вълна. Елиптично поляризирани вълни с безкраен ексцентричност. Линейно поляризирани вълни.
Поляризация на антената
Сега, когато сме наясно с поляризираните електромагнитни полета с равни вълни, поляризацията на антената е просто дефинирана.
Поляризация на антената Оценка на далечното поле на антената, поляризацията на полученото излъчено поле. Поради това антените често се изброяват като "линейно поляризирани" или "дяснополяризирани антени с кръгова поляризация".
Тази проста концепция е важна за антенните комуникации. Първо, хоризонтално поляризирана антена няма да комуникира с вертикално поляризирана антена. Поради теоремата за реципрочност, антената предава и приема по абсолютно същия начин. Следователно вертикално поляризираните антени предават и приемат вертикално поляризирани полета. Следователно, ако се опитате да предадете вертикално поляризирана хоризонтално поляризирана антена, няма да има приемане.
В общия случай, за две линейно поляризирани антени, завъртани една спрямо друга на ъгъл (), загубата на мощност, дължаща се на това поляризационно несъответствие, ще бъде описана от фактора на поляризационни загуби (PLF):
Следователно, ако две антени имат еднаква поляризация, ъгълът между техните излъчващи електронни полета е нула и няма загуба на мощност поради несъответствие на поляризацията. Ако едната антена е вертикално поляризирана, а другата е хоризонтално поляризирана, ъгълът е 90 градуса и няма да се прехвърля мощност.
ЗАБЕЛЕЖКА: Преместването на телефона над главата ви под различни ъгли обяснява защо приемането понякога може да се увеличи. Антените за мобилни телефони обикновено са линейно поляризирани, така че въртенето на телефона често може да съответства на поляризацията на телефона, като по този начин подобрява приемането.
Кръговата поляризация е желана характеристика на много антени. И двете антени са кръгово поляризирани и не страдат от загуба на сигнал поради несъответствие на поляризацията. Антените, използвани в GPS системите, са с дясна кръгова поляризация.
Сега приемете, че линейно поляризирана антена приема кръгово поляризирани вълни. Еквивалентно, приемете, че антена с кръгова поляризация се опитва да приеме линейно поляризирани вълни. Какъв е полученият коефициент на загуба на поляризация?
Спомнете си, че кръговата поляризация всъщност е две ортогонални линейно поляризирани вълни, 90 градуса извън фазата. Следователно, линейно поляризирана (LP) антена ще получи само фазовия компонент на вълната с кръгова поляризация (CP). Следователно, LP антената ще има загуба на поляризационно несъответствие от 0,5 (-3dB). Това е вярно, независимо от какъв ъгъл е завъртяна LP антената. следователно:
Коефициентът на загуба на поляризация понякога се нарича ефективност на поляризацията, фактор на несъответствие на антената или фактор на приемане на антената. Всички тези имена се отнасят до едно и също понятие.
Време на публикуване: 22 декември 2023 г
