Поларизација је једна од основних карактеристика антена. Прво треба да разумемо поларизацију равних таласа. Затим можемо разговарати о главним типовима поларизације антене.
линеарна поларизација
Почећемо да разумемо поларизацију равног електромагнетног таласа.
Планарни електромагнетни (ЕМ) талас има неколико карактеристика. Први је да снага путује у једном правцу (ниједно поље се не мења у два ортогонална правца). Друго, електрично и магнетно поље су једно на друго управно и ортогонално. Електрично и магнетно поље су управне на правац простирања равних таласа. Као пример, размотримо једнофреквентно електрично поље (Е поље) дато једначином (1). Електромагнетно поље се креће у правцу +з. Електрично поље је усмерено у правцу +к. Магнетно поље је у правцу +и.
У једначини (1) обратите пажњу на ознаку: . Ово је јединични вектор (вектор дужине), који каже да је тачка електричног поља у правцу к. Раван талас је илустрован на слици 1.
слика 1. Графички приказ електричног поља које путује у правцу +з.
Поларизација је облик трага и ширења (контура) електричног поља. Као пример, размотрите једначину електричног поља равног таласа (1). Посматраћемо позицију где је електрично поље (Кс,И,З) = (0,0,0) као функцију времена. Амплитуда овог поља је приказана на слици 2, у неколико временских тренутака. Поље осцилује на фреквенцији "Ф".
слика 2. Посматрајте електрично поље (Кс, И, З) = (0,0,0) у различито време.
Електрично поље се посматра у почетку, осцилирајући напред-назад по амплитуди. Електрично поље је увек дуж назначене к-осе. Пошто се електрично поље одржава дуж једне линије, може се рећи да је ово поље линеарно поларизовано. Поред тога, ако је Кс-оса паралелна са тлом, ово поље се такође описује као хоризонтално поларизовано. Ако је поље оријентисано дуж И-осе, може се рећи да је талас вертикално поларизован.
Линеарно поларизовани таласи не морају бити усмерени дуж хоризонталне или вертикалне осе. На пример, талас електричног поља са ограничењем који лежи дуж линије као што је приказано на слици 3 такође би био линеарно поларизован.
слика 3. Амплитуда електричног поља линеарно поларизованог таласа чија је путања угао.
Електрично поље на слици 3 може се описати једначином (2). Сада постоји к и и компонента електричног поља. Обе компоненте су једнаке по величини.
Једна ствар коју треба приметити у вези са једначином (2) је ки-компонента и електронска поља у другој фази. То значи да обе компоненте имају исту амплитуду у сваком тренутку.
кружна поларизација
Сада претпоставимо да је електрично поље равног таласа дато једначином (3):
У овом случају, Кс- и И-елементи су ван фазе за 90 степени. Ако се поље посматра као (Кс, И, З) = (0,0,0) поново као раније, крива електричног поља у односу на време ће се појавити као што је приказано испод на слици 4.
Слика 4. Јачина електричног поља (Кс, И, З) = (0,0,0) ЕК домен. (3).
Електрично поље на слици 4 ротира у круг. Овај тип поља је описан као кружно поларизован талас. За кружну поларизацију морају бити испуњени следећи критеријуми:
- Стандард за кружну поларизацију
- Електрично поље мора имати две ортогоналне (управне) компоненте.
- Ортогоналне компоненте електричног поља морају имати једнаке амплитуде.
- Квадратурне компоненте морају бити ван фазе за 90 степени.
Ако путујете на екрану Талас Слика 4, каже се да је ротација поља у супротном смеру казаљке на сату и да је десно кружно поларизована (РХЦП). Ако се поље ротира у смеру казаљке на сату, поље ће бити лева кружна поларизација (ЛХЦП).
Елиптична поларизација
Ако електрично поље има две управне компоненте, 90 степени ван фазе, али једнаке величине, поље ће бити елиптички поларизовано. Узимајући у обзир електрично поље равног таласа који путује у правцу +з, описаног једначином (4):
Локус тачке у којој ће заузети врх вектора електричног поља дат је на слици 5
Слика 5. Електрично поље брзог елиптичног поларизационог таласа. (4).
Поље на слици 5, које путује у смеру супротном од казаљке на сату, било би десно елиптично ако би путовало ван екрана. Ако се вектор електричног поља ротира у супротном смеру, поље ће бити лево елиптично поларизовано.
Штавише, елиптична поларизација се односи на њен ексцентрицитет. Однос ексцентрицитета и амплитуде велике и мале осе. На пример, ексцентрицитет таласа из једначине (4) је 1/0,3= 3,33. Елиптички поларизовани таласи се даље описују правцем главне осе. Таласна једначина (4) има осу која се првенствено састоји од к-осе. Имајте на уму да главна оса може бити под било којим равним углом. Угао није потребан да би одговарао оси Кс, И или З. На крају, важно је напоменути да су и кружна и линеарна поларизација посебни случајеви елиптичне поларизације. 1.0 ексцентрични елиптично поларизовани талас је кружно поларизован талас. Елиптички поларизовани таласи са бесконачним ексцентрицитетом. Линеарно поларизовани таласи.
Поларизација антене
Сада када смо свесни електромагнетних поља поларизованих равних таласа, поларизација антене је једноставно дефинисана.
Поларизација антене Процена далеког поља антене, поларизација резултујућег зрачења поља. Због тога се антене често наводе као "линеарно поларизоване" или "десно поларизоване антене са кружном поларизацијом".
Овај једноставан концепт је важан за антенске комуникације. Прво, хоризонтално поларизована антена неће комуницирати са вертикално поларизованом антеном. Због теореме реципроцитета, антена емитује и прима на потпуно исти начин. Због тога, вертикално поларизоване антене емитују и примају вертикално поларизована поља. Стога, ако покушате да пренесете вертикално поларизовану хоризонтално поларизовану антену, неће бити пријема.
У општем случају, за две линеарно поларизоване антене ротиране једна у односу на другу за угао ( ), губитак снаге због ове неусклађености поларизације биће описан фактором губитка поларизације (ПЛФ):
Према томе, ако две антене имају исту поларизацију, угао између њихових зрачећих електронских поља је нула и нема губитка снаге због неусклађености поларизације. Ако је једна антена вертикално поларизована, а друга хоризонтално поларизована, угао је 90 степени и неће се преносити снага.
НАПОМЕНА: Померање телефона изнад главе под различитим угловима објашњава зашто се пријем понекад може повећати. Антене мобилних телефона су обично линеарно поларизоване, тако да ротирање телефона често може да одговара поларизацији телефона, чиме се побољшава пријем.
Кружна поларизација је пожељна карактеристика многих антена. Обе антене су кружно поларизоване и не пате од губитка сигнала због неусклађености поларизације. Антене које се користе у ГПС системима су десно кружно поларизоване.
Претпоставимо сада да линеарно поларизована антена прима кружно поларизоване таласе. Еквивалентно, претпоставимо да кружно поларизована антена покушава да прими линеарно поларизоване таласе. Који је резултујући фактор губитка поларизације?
Подсетимо се да су кружна поларизација заправо два ортогонална линеарно поларизована таласа, 90 степени ван фазе. Према томе, линеарно поларизована (ЛП) антена ће примити само кружно поларизовану (ЦП) фазну компоненту таласа. Због тога ће ЛП антена имати губитак неусклађености поларизације од 0,5 (-3дБ). Ово је тачно без обзира под којим углом је ЛП антена ротирана. дакле:
Фактор губитка поларизације се понекад назива ефикасност поларизације, фактор неусклађености антене или фактор пријема антене. Сва ова имена односе се на исти концепт.
Време поста: 22.12.2023
