A polarizáció az antennák egyik alapvető jellemzője. Először is meg kell értenünk a síkhullámok polarizációját. Ezután megbeszélhetjük az antennapolarizáció főbb típusait.
lineáris polarizáció
Elkezdjük megérteni a sík elektromágneses hullám polarizációját.
A sík elektromágneses (EM) hullámnak számos jellemzője van. Az első az, hogy a teljesítmény egy irányba halad (két merőleges irányban nem változik a mező). Másodszor, az elektromos tér és a mágneses tér merőlegesek egymásra és merőlegesek egymásra. Az elektromos és mágneses mezők merőlegesek a síkhullám terjedésének irányára. Példaként vegyünk egy egyfrekvenciás elektromos teret (E mező), amelyet az (1) egyenlet ad meg. Az elektromágneses tér +z irányban halad. Az elektromos tér +x irányban irányul. A mágneses tér +y irányú.
Az (1) egyenletben figyeljük meg a jelölést: . Ez egy egységvektor (hossz vektor), amely azt mondja, hogy az elektromos tér pontja x irányú. A síkhullámot az 1. ábra szemlélteti.
1. ábra A +z irányban haladó elektromos tér grafikus ábrázolása.
A polarizáció az elektromos tér nyomvonala és terjedési formája (kontúrja). Példaként tekintsük az (1) síkhullámú elektromos téregyenletet. Megfigyeljük azt a pozíciót, ahol az elektromos tér (X,Y,Z) = (0,0,0) az idő függvényében. Ennek a mezőnek az amplitúdója a 2. ábrán látható, időben több alkalommal. A mező "F" frekvencián oszcillál.
2. ábra. Figyeljük meg az elektromos mezőt (X, Y, Z) = (0,0,0) különböző időpontokban.
Az elektromos mező az origóban figyelhető meg, amplitúdójában ide-oda oszcillál. Az elektromos tér mindig a jelzett x tengely mentén van. Mivel az elektromos mezőt egyetlen vonal mentén tartják fenn, ez a mező lineárisan polarizáltnak mondható. Ezenkívül, ha az X-tengely párhuzamos a talajjal, ezt a mezőt vízszintesen polarizáltnak is nevezik. Ha a mező az Y tengely mentén van orientálva, akkor a hullám függőlegesen polarizáltnak mondható.
A lineárisan polarizált hullámokat nem kell vízszintes vagy függőleges tengely mentén irányítani. Például a 3. ábrán látható vonal mentén elhelyezkedő kényszerű elektromos térhullám szintén lineárisan polarizált lenne.
3. kép Egy lineárisan polarizált hullám elektromos tér amplitúdója, amelynek pályája egy szög.
A 3. ábrán látható elektromos tér a (2) egyenlettel írható le. Most az elektromos térnek van egy x és y komponense. Mindkét komponens azonos méretű.
A (2) egyenlettel kapcsolatban meg kell jegyeznünk az xy-komponenst és az elektronikus mezőket a második szakaszban. Ez azt jelenti, hogy mindkét komponens amplitúdója mindig azonos.
körkörös polarizáció
Most tegyük fel, hogy egy síkhullám elektromos terét a (3) egyenlet adja meg:
Ebben az esetben az X- és Y-elemek 90 fokkal fázison kívül vannak. Ha a mezőt a korábbiakhoz hasonlóan (X, Y, Z) = (0,0,0) formában figyeljük meg, az elektromos tér-idő görbe a 4. ábrán látható módon jelenik meg.
4. ábra Elektromos térerősség (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ tartomány. (3).
A 4. ábrán látható elektromos tér körben forog. Az ilyen típusú mezőt körkörösen polarizált hullámként írják le. A körkörös polarizációhoz a következő kritériumoknak kell teljesülniük:
- Szabvány a körkörös polarizációhoz
- Az elektromos térnek két egymásra merőleges komponensből kell állnia.
- Az elektromos tér ortogonális összetevőinek egyenlő amplitúdójúaknak kell lenniük.
- A kvadratúra komponenseknek 90 fokkal fázison kívül kell lenniük.
Ha a Wave Figure 4 képernyőn haladunk, akkor a mező forgása az óramutató járásával ellentétesnek mondható, és jobbra cirkulárisan polarizált (RHCP). Ha a mezőt az óramutató járásával megegyező irányba forgatjuk, a mező bal oldali körpolarizációs (LHCP) lesz.
Elliptikus polarizáció
Ha az elektromos térnek két egymásra merőleges összetevője van, amelyek 90 fokkal fázison kívül vannak, de egyenlő nagyságúak, akkor a tér elliptikusan polarizált lesz. Figyelembe véve a (4) egyenlettel leírt, +z irányban haladó síkhullám elektromos terét:
Az 5. ábrán látható annak a pontnak a helye, ahol az elektromos térvektor csúcsa felveszi
5. ábra. Prompt elliptikus polarizációs hullám elektromos tér. (4).
Az 5. ábrán látható mező az óramutató járásával ellentétes irányban haladva jobb oldali ellipszis alakú lenne, ha kifelé haladna a képernyőn. Ha az elektromos térvektor az ellenkező irányba forog, a mező bal oldali elliptikusan polarizált lesz.
Továbbá az elliptikus polarizáció annak excentricitására utal. Az excentricitás és a fő- és melléktengely amplitúdójának aránya. Például a hullám excentricitása a (4) egyenletből 1/0,3=3,33. Az elliptikusan polarizált hullámokat tovább írja le a főtengely iránya. A (4) hullámegyenletnek van egy tengelye, amely elsősorban az x tengelyből áll. Vegye figyelembe, hogy a főtengely bármilyen síkszögben lehet. A szög nem szükséges az X, Y vagy Z tengelyhez való illeszkedéshez. Végül fontos megjegyezni, hogy mind a körkörös, mind a lineáris polarizáció az elliptikus polarizáció speciális esetei. 1,0 excentrikus elliptikusan polarizált hullám egy körkörösen polarizált hullám. Elliptikusan polarizált hullámok végtelen excentricitással. Lineárisan polarizált hullámok.
Antenna polarizáció
Most, hogy tisztában vagyunk a polarizált síkhullámú elektromágneses mezőkkel, az antenna polarizációja egyszerűen meghatározható.
Antenna polarizációja Az antenna távoli kiértékelése, a keletkező sugárzott tér polarizációja. Ezért az antennákat gyakran „lineárisan polarizált” vagy „jobbkezes, körkörösen polarizált antennákként” sorolják fel.
Ez az egyszerű koncepció fontos az antennakommunikációhoz. Először is, a vízszintesen polarizált antenna nem kommunikál a függőlegesen polarizált antennával. A reciprocitás tétele miatt az antenna pontosan ugyanúgy ad és vesz. Ezért a függőlegesen polarizált antennák függőlegesen polarizált mezőket adnak és fogadnak. Ezért, ha függőlegesen polarizált, vízszintesen polarizált antennát próbál közvetíteni, nem lesz vétel.
Általános esetben két, egymáshoz képest szöggel ( ) elforgatott lineárisan polarizált antenna esetén az ebből a polarizációs eltérésből eredő teljesítményveszteséget a polarizációs veszteségi tényező (PLF) írja le:
Ezért, ha két antenna polarizációja azonos, akkor a sugárzó elektronmezőik közötti szög nulla, és nincs teljesítményveszteség a polarizációs eltérés miatt. Ha az egyik antenna függőlegesen, a másik vízszintesen polarizált, akkor a szög 90 fok, és nem kerül átvitelre.
MEGJEGYZÉS: Ha a telefont a feje fölött mozgatja különböző szögekbe, akkor ez megmagyarázza, miért lehet néha fokozni a vételt. A mobiltelefonok antennái általában lineárisan polarizáltak, így a telefon elforgatása gyakran megegyezik a telefon polaritásával, így javítva a vételt.
A körkörös polarizáció sok antenna kívánatos jellemzője. Mindkét antenna cirkulárisan polarizált, és nem szenved jelveszteséget a polarizációs eltérés miatt. A GPS-rendszerekben használt antennák jobb oldali, körkörösen polarizáltak.
Most tegyük fel, hogy egy lineárisan polarizált antenna körkörösen polarizált hullámokat vesz. Ezzel egyenértékűen tegyük fel, hogy egy cirkulárisan polarizált antenna lineárisan polarizált hullámokat próbál venni. Mi a kapott polarizációs veszteségi tényező?
Emlékezzünk vissza, hogy a cirkuláris polarizáció valójában két merőleges, lineárisan polarizált hullám, 90 fokkal fázison kívül. Ezért egy lineárisan polarizált (LP) antenna csak a cirkulárisan polarizált (CP) hullámfázis-komponenst veszi. Ezért az LP antenna polarizációs eltérése 0,5 (-3 dB) lesz. Ez attól függetlenül igaz, hogy az LP antennát milyen szögben forgatjuk el. ezért:
A polarizációs veszteségi tényezőt néha polarizációs hatékonyságnak, antenna eltérési tényezőnek vagy antenna vételi tényezőnek nevezik. Mindezek a nevek ugyanarra a fogalomra utalnak.
Feladás időpontja: 2023. december 22
