Поларизација је једна од основних карактеристика антена. Прво морамо разумети поларизацију равних таласа. Затим можемо разговарати о главним типовима поларизације антена.
линеарна поларизација
Почећемо да разумемо поларизацију равног електромагнетног таласа.
Планарни електромагнетни (ЕМ) талас има неколико карактеристика. Прва је да се снага креће у једном смеру (нема промена поља у два ортогонална смера). Друго, електрично поље и магнетно поље су нормални једно на друго и ортогонални једно на друго. Електрично и магнетно поље су нормални на смер простирања равног таласа. На пример, размотримо једнофреквентно електрично поље (Е поље) дато једначином (1). Електромагнетно поље се креће у +z смеру. Електрично поље је усмерено у +x смеру. Магнетно поље је у +y смеру.
У једначини (1), обратите пажњу на ознаку: . Ово је јединични вектор (вектор дужине), што значи да је тачка електричног поља у x правцу. Равански талас је илустрован на слици 1.
слика 1. Графички приказ електричног поља које се креће у +z правцу.
Поларизација је облик трага и пропагације (контура) електричног поља. Као пример, размотримо једначину електричног поља равног таласа (1). Посматраћемо положај где је електрично поље (X,Y,Z) = (0,0,0) као функцију времена. Амплитуда овог поља је приказана на слици 2, у неколико тренутака у времену. Поље осцилује на фреквенцији „F“.
слика 2. Посматрајте електрично поље (X, Y, Z) = (0,0,0) у различитим временима.
Електрично поље се посматра у координатном почетку, осцилујући напред-назад по амплитуди. Електрично поље је увек дуж назначене x-осе. Пошто се електрично поље одржава дуж једне линије, може се рећи да је ово поље линеарно поларизовано. Поред тога, ако је X-оса паралелна са земљом, ово поље се такође описује као хоризонтално поларизовано. Ако је поље оријентисано дуж Y-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 које 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 x и y компонента електричног поља. Обе компоненте су једнаке величине.
Једна ствар коју треба напоменути у вези са једначином (2) јесу xy-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, X- и Y-елементи су померени у фази за 90 степени. Ако се поље поново посматра као (X, Y, Z) = (0,0,0) као и раније, крива електричног поља у односу на време ће се појавити као што је приказано испод на слици 4.
Слика 4. Јачина електричног поља (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ домен. (3).
Електрично поље на слици 4 ротира у кругу. Ова врста поља се описује као кружно поларизовани талас. За кружну поларизацију морају бити испуњени следећи критеријуми:
- Стандард за кружну поларизацију
- Електрично поље мора имати две ортогоналне (перпендикуларне) компоненте.
- Ортогоналне компоненте електричног поља морају имати једнаке амплитуде.
- Квадратурне компоненте морају бити ван фазе за 90 степени.
Ако се поље креће по екрану таласне слике 4, каже се да је ротација поља супротна од смера казаљке на сату и да је кружно поларизована удесно (RHCP). Ако се поље ротира у смеру казаљке на сату, поље ће бити кружно поларизовано улево (LHCP).
Елиптична поларизација
Ако електрично поље има две нормалне компоненте, 90 степени ван фазе, али једнаке величине, поље ће бити елиптично поларизовано. Узимајући у обзир електрично поље равног таласа који се креће у +z правцу, описано једначином (4):
Локус тачке у којој ће се врх вектора електричног поља налазити дат је на слици 5.
Слика 5. Електрично поље таласа елиптичне поларизације. (4).
Поље на слици 5, које се креће у смеру супротном од казаљке на сату, било би десно елиптично ако би се кретало изван екрана. Ако се вектор електричног поља ротира у супротном смеру, поље ће бити лево елиптично поларизовано.
Штавише, елиптична поларизација се односи на њену ексцентричност. Однос ексцентричности и амплитуде главне и споредне осе. На пример, ексцентричност таласа из једначине (4) је 1/0,3 = 3,33. Елиптично поларизовани таласи се даље описују смером главне осе. Једначина таласа (4) има осу која се првенствено састоји од x-осе. Треба напоменути да главна оса може бити под било којим углом у равни. Угао није потребан да би се уклопио са X, Y или Z оса. Коначно, важно је напоменути да су и кружна и линеарна поларизација посебни случајеви елиптичне поларизације. 1,0 ексцентрични елиптично поларизовани талас је кружно поларизовани талас. Елиптично поларизовани таласи са бесконачним ексцентричношћу. 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 зраченог поља. Стога се антене често наводе као „линеарно поларизоване“ или „десноруке циркуларно поларизоване антене“.
Овај једноставан концепт је важан за комуникацију помоћу антена. Прво, хоризонтално поларизована антена неће комуницирати са вертикално поларизованом антеном. Због теореме о реципроцитету, антена предаје и прима на потпуно исти начин. Стога, вертикално поларизоване антене предају 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 услед овог неусклађења поларизације биће описан фактором губитка поларизације (PLF):
Стога, 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 побољшати. Антене мобилних телефона су обично линеарно поларизоване, тако да ротирање телефона често може да се усклади са поларизацијом 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 GPS системима су десноструко кружно поларизоване.
Сада претпоставимо да линеарно поларизована антена прима циркуларно поларизоване таласе. Еквивалентно, претпоставимо да циркуларно поларизована антена покушава да прими линеарно поларизоване таласе. Колики је резултујући фактор губитка поларизације?
Подсетимо се да је кружна поларизација заправо два ортогонална линеарно поларизована таласа, 90 степени ван фазе. Стога ће линеарно поларизована (LP) антена примати само фазну компоненту кружно поларизованог (CP) таласа. Стога ће LP антена имати губитак неусклађености поларизације од 0,5 (-3dB). Ово важи без обзира на угао под којим је LP антена ротирана. стога:
Фактор губитка поларизације се понекад назива ефикасност поларизације, фактор неусклађености антене или фактор пријема антене. Сва ова имена се односе на исти концепт.
Време објаве: 22. децембар 2023.
