Поляризація є однією з основних характеристик антен. Нам спочатку потрібно зрозуміти поляризацію плоских хвиль. Тоді ми можемо обговорити основні типи поляризації антени.
лінійна поляризація
Ми почнемо розуміти поляризацію плоскої електромагнітної хвилі.
Плоска електромагнітна (ЕМ) хвиля має кілька характеристик. Перший полягає в тому, що потужність рухається в одному напрямку (поле не змінюється в двох ортогональних напрямках). По-друге, електричне та магнітне поля перпендикулярні одне одному та ортогональні одне одному. Електричне і магнітне поля перпендикулярні до напрямку поширення плоскої хвилі. Як приклад розглянемо одночастотне електричне поле (E-поле), задане рівнянням (1). Електромагнітне поле рухається в напрямку +z. Електричне поле спрямоване в напрямку +х. Магнітне поле має напрямок +y.
У рівнянні (1) дотримуйтеся позначення: . Це одиничний вектор (вектор довжини), який говорить про те, що точка електричного поля знаходиться в напрямку x. Плоска хвиля зображена на малюнку 1.
малюнок 1. Графічне зображення електричного поля, що рухається в напрямку +z.
Поляризація — це слід і форма (контур) поширення електричного поля. Як приклад розглянемо рівняння електричного поля плоскої хвилі (1). Ми спостерігатимемо положення, де електричне поле (X,Y,Z) = (0,0,0) як функцію часу. Амплітуда цього поля зображена на малюнку 2 у кілька моментів часу. Поле коливається на частоті «F».
малюнок 2. Спостерігати електричне поле (X, Y, Z) = (0,0,0) у різний час.
Електричне поле спостерігається в початку координат, коливаючись вперед і назад по амплітуді. Електричне поле завжди розташоване вздовж зазначеної осі х. Оскільки електричне поле підтримується вздовж однієї лінії, це поле можна назвати лінійно поляризованим. Крім того, якщо вісь X паралельна землі, це поле також описується як горизонтально поляризоване. Якщо поле орієнтоване вздовж осі Y, хвилю можна вважати вертикально поляризованою.
Лінійно поляризовані хвилі не обов'язково направляти уздовж горизонтальної або вертикальної осі. Наприклад, хвиля електричного поля з обмеженням, що лежить уздовж лінії, як показано на малюнку 3, також буде лінійно поляризованою.
зображення 3. Амплітуда електричного поля лінійно поляризованої хвилі, траєкторією якої є кут.
Електричне поле на малюнку 3 можна описати рівнянням (2). Тепер є x і y компоненти електричного поля. Обидва компоненти однакові за розміром.
Щодо рівняння (2) слід зауважити одну річ — це xy-компонент і електронні поля на другому етапі. Це означає, що обидва компоненти мають однакову амплітуду в будь-який час.
кругова поляризація
Тепер припустимо, що електричне поле плоскої хвилі задано рівнянням (3):
У цьому випадку X- і Y-елементи зміщені по фазі на 90 градусів. Якщо поле спостерігати як (X, Y, Z) = (0,0,0) знову, як і раніше, крива залежності електричного поля від часу буде виглядати, як показано нижче на малюнку 4.
Рисунок 4. Напруженість електричного поля (X, Y, Z) = (0,0,0) домен EQ. (3).
Електричне поле на малюнку 4 обертається по колу. Цей тип поля описується як циркулярно поляризована хвиля. Для кругової поляризації повинні бути виконані такі критерії:
- Стандарт для кругової поляризації
- Електричне поле повинно мати дві ортогональні (перпендикулярні) складові.
- Ортогональні складові електричного поля повинні мати однакові амплітуди.
- Квадратурні компоненти повинні бути зміщені по фазі на 90 градусів.
Якщо рухається на екрані Wave Figure 4, обертання поля називається проти годинникової стрілки з правою круговою поляризацією (RHCP). Якщо поле обертати за годинниковою стрілкою, поле матиме лівосторонню кругову поляризацію (LHCP).
Еліптична поляризація
Якщо електричне поле має дві перпендикулярні складові, що відрізняються за фазою на 90 градусів, але мають однакову величину, поле буде еліптично поляризованим. Розглядаючи електричне поле плоскої хвилі, що рухається в напрямку +z, описане рівнянням (4):
Геометричне місце точки, в якій буде знаходитися вершина вектора електричного поля, подано на малюнку 5
Рисунок 5. Електричне поле швидкої еліптичної хвилі поляризації. (4).
Поле на малюнку 5, що рухається проти годинникової стрілки, буде правим еліптичним, якщо рухатиметься за межі екрана. Якщо вектор електричного поля обертається в протилежний бік, то поле буде лівосторонньо еліптично поляризованим.
Крім того, еліптична поляризація відноситься до її ексцентриситету. Відношення ексцентриситету до амплітуди великої та малої осей. Наприклад, ексцентриситет хвилі з рівняння (4) становить 1/0,3= 3,33. Еліптично поляризовані хвилі далі описуються напрямком великої осі. Хвильове рівняння (4) має вісь, яка в основному складається з осі x. Зверніть увагу, що велика вісь може бути під будь-яким плоским кутом. Кут не потрібен для відповідності осі X, Y або Z. Нарешті, важливо зазначити, що як кругова, так і лінійна поляризація є окремими випадками еліптичної поляризації. 1.0 ексцентрична еліптично поляризована хвиля - це циркулярно поляризована хвиля. Еліптично поляризовані хвилі з нескінченним ексцентриситетом. Лінійно поляризовані хвилі.
Поляризація антени
Тепер, коли ми знаємо про поляризовані електромагнітні поля плоскої хвилі, поляризація антени визначається просто.
Поляризація антени Оцінка далекого поля антени, поляризація результуючого випромінюваного поля. Тому антени часто позначають як «лінійно поляризовані» або «правосторонні антени з круговою поляризацією».
Ця проста концепція важлива для антенного зв’язку. По-перше, горизонтально поляризована антена не буде спілкуватися з вертикально поляризованою антеною. Відповідно до теореми взаємності антена передає і приймає абсолютно однаково. Тому вертикально поляризовані антени передають і приймають вертикально поляризовані поля. Тому, якщо ви спробуєте передати антену з вертикальною поляризацією і горизонтальною поляризацією, прийому не буде.
У загальному випадку для двох лінійно поляризованих антен, повернутих одна відносно одної на кут ( ), втрати потужності через цю поляризаційну неузгодженість описуватимуться коефіцієнтом поляризаційних втрат (PLF):
Отже, якщо дві антени мають однакову поляризацію, кут між їхніми випромінюючими електронними полями дорівнює нулю, і немає втрат потужності через невідповідність поляризації. Якщо одна антена має вертикальну поляризацію, а інша – горизонтальну, кут становить 90 градусів, і потужність не передаватиметься.
ПРИМІТКА. Переміщення телефону над головою під різними кутами пояснює, чому інколи посилюється прийом. Антени мобільного телефону зазвичай лінійно поляризовані, тому обертання телефону часто може відповідати поляризації телефону, таким чином покращуючи прийом.
Кругова поляризація є бажаною характеристикою багатьох антен. Обидві антени мають кругову поляризацію і не страждають від втрат сигналу через невідповідність поляризації. Антени, які використовуються в системах GPS, мають праву кругову поляризацію.
Тепер припустимо, що лінійно поляризована антена приймає циркулярно поляризовані хвилі. Аналогічно, припустимо, що антена з круговою поляризацією намагається прийняти хвилі з лінійною поляризацією. Що таке коефіцієнт поляризаційних втрат?
Згадайте, що кругова поляризація насправді є двома ортогональними лінійно поляризованими хвилями, зміщеними по фазі на 90 градусів. Таким чином, лінійно поляризована (LP) антена прийматиме лише фазову складову хвилі з круговою поляризацією (CP). Таким чином, LP-антена матиме втрати на невідповідність поляризації 0,5 (-3 дБ). Це вірно незалежно від кута повороту LP антени. тому:
Коефіцієнт поляризаційних втрат іноді називають ефективністю поляризації, коефіцієнтом розбіжності антени або коефіцієнтом прийому антени. Усі ці назви стосуються одного поняття.
Час публікації: 22 грудня 2023 р
