Polarizacija je jedna od osnovnih karakteristika antena. Prvo moramo razumjeti polarizaciju ravnih valova. Zatim možemo raspraviti o glavnim vrstama polarizacije antene.
linearna polarizacija
Počet ćemo shvaćati polarizaciju ravnog elektromagnetskog vala.
Planarni elektromagnetski (EM) val ima nekoliko karakteristika. Prva je da se snaga širi u jednom smjeru (polje se ne mijenja u dva ortogonalna smjera). Drugo, električno i magnetsko polje su okomiti jedno na drugo i ortogonalni jedno na drugo. Električno i magnetsko polje su okomita na smjer širenja ravnog vala. Kao primjer, razmotrimo jednofrekventno električno polje (E polje) dano jednadžbom (1). Elektromagnetsko polje širi se u smjeru +z. Električno polje je usmjereno u smjeru +x. Magnetsko polje je u smjeru +y.
U jednadžbi (1) obratite pozornost na oznaku: . Ovo je jedinični vektor (vektor duljine), što znači da se točka električnog polja nalazi u smjeru x. Ravni val prikazan je na slici 1.
slika 1. Grafički prikaz električnog polja koje se širi u smjeru +z.
Polarizacija je oblik traga i širenja (kontura) električnog polja. Kao primjer, razmotrimo jednadžbu električnog polja ravnog vala (1). Promatrat ćemo položaj gdje je električno polje (X,Y,Z) = (0,0,0) kao funkciju vremena. Amplituda ovog polja prikazana je na slici 2, u nekoliko trenutaka u vremenu. Polje oscilira na frekvenciji "F".
slika 2. Promatrajte električno polje (X, Y, Z) = (0,0,0) u različitim vremenskim trenucima.
Električno polje se opaža u ishodištu, oscilirajući naprijed-natrag u amplitudi. Električno polje je uvijek duž naznačene x-osi. Budući da se električno polje održava duž jedne linije, može se reći da je ovo polje linearno polarizirano. Osim toga, ako je X-os paralelna s tlom, ovo polje se također opisuje kao horizontalno polarizirano. Ako je polje orijentirano duž Y-osi, može se reći da je val vertikalno polariziran.
Linearno polarizirani valovi ne moraju biti usmjereni duž horizontalne ili vertikalne osi. Na primjer, val električnog polja s ograničenjem koje leži duž linije kao što je prikazano na slici 3 također bi bio linearno polariziran.
slika 3. Amplituda električnog polja linearno polariziranog vala čija je putanja kut.
Električno polje na slici 3 može se opisati jednadžbom (2). Sada postoji x i y komponenta električnog polja. Obje komponente su jednake veličine.
Jedna stvar koju treba napomenuti u vezi s jednadžbom (2) je xy-komponenta i elektroničko polje u drugoj fazi. To znači da obje komponente imaju istu amplitudu u svakom trenutku.
kružna polarizacija
Sada pretpostavimo da je električno polje ravnog vala dano jednadžbom (3):
U ovom slučaju, X- i Y-elementi su 90 stupnjeva izvan faze. Ako se polje promatra kao (X, Y, Z) = (0,0,0) kao i prije, krivulja električnog polja u odnosu na vrijeme pojavit će se kao što je prikazano dolje na slici 4.
Slika 4. Jakost električnog polja (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ domena. (3).
Električno polje na slici 4 rotira u krug. Ova vrsta polja opisana je kao kružno polarizirani val. Za kružnu polarizaciju moraju biti ispunjeni sljedeći kriteriji:
- Standard za kružnu polarizaciju
- Električno polje mora imati dvije ortogonalne (okomite) komponente.
- Ortogonalne komponente električnog polja moraju imati jednake amplitude.
- Kvadraturne komponente moraju biti izvan faze za 90 stupnjeva.
Ako se kreće po zaslonu valne slike 4, kaže se da je rotacija polja suprotno od smjera kazaljke na satu i desno kružno polarizirana (RHCP). Ako se polje rotira u smjeru kazaljke na satu, polje će biti lijevo kružno polarizirano (LHCP).
Eliptična polarizacija
Ako električno polje ima dvije okomite komponente, 90 stupnjeva izvan faze, ali jednake veličine, polje će biti eliptično polarizirano. Uzimajući u obzir električno polje ravnog vala koji se kreće u smjeru +z, opisano jednadžbom (4):
Lokus točke u kojoj će se nalaziti vrh vektora električnog polja prikazan je na slici 5.
Slika 5. Brzo električno polje eliptičnog polarizacijskog vala. (4).
Polje na slici 5, koje se kreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, bilo bi desno eliptično ako bi se kretalo izvan ekrana. Ako se vektor električnog polja okreće u suprotnom smjeru, polje će biti lijevo eliptično polarizirano.
Nadalje, eliptična polarizacija odnosi se na njezinu ekscentričnost. Omjer ekscentričnosti i amplitude glavne i sporedne osi. Na primjer, ekscentričnost vala iz jednadžbe (4) je 1/0,3 = 3,33. Eliptično polarizirani valovi dalje se opisuju smjerom glavne osi. Valna jednadžba (4) ima os koja se prvenstveno sastoji od x-osi. Imajte na umu da glavna os može biti pod bilo kojim kutom ravnine. Kut nije potreban za prilagodbu osi X, Y ili Z. Konačno, važno je napomenuti da su i kružna i linearna polarizacija posebni slučajevi eliptične polarizacije. 1,0 ekscentrični eliptično polarizirani val je kružno polarizirani val. Eliptično polarizirani valovi s beskonačnom ekscentricitetom. Linearno polarizirani valovi.
Polarizacija antene
Sada kada smo svjesni elektromagnetskih polja polariziranog ravnog vala, polarizacija antene se jednostavno definira.
Polarizacija antene Procjena dalekog polja antene, polarizacija rezultirajućeg zračenog polja. Stoga se antene često navode kao "linearno polarizirane" ili "desno kružno polarizirane antene".
Ovaj jednostavan koncept važan je za antensku komunikaciju. Prvo, horizontalno polarizirana antena neće komunicirati s vertikalno polariziranom antenom. Zbog teorema reciprociteta, antena odašilje i prima na potpuno isti način. Stoga vertikalno polarizirane antene odašilju i primaju vertikalno polarizirana polja. Stoga, ako pokušate prenijeti vertikalno polariziranu horizontalno polariziranu antenu, neće biti prijema.
U općem slučaju, za dvije linearno polarizirane antene rotirane jedna u odnosu na drugu za kut ( ), gubitak snage zbog ove neusklađenosti polarizacije bit će opisan faktorom gubitka polarizacije (PLF):
Stoga, ako dvije antene imaju istu polarizaciju, kut između njihovih zračećih elektronskih polja je nula i nema gubitka snage zbog neusklađenosti polarizacije. Ako je jedna antena vertikalno polarizirana, a druga horizontalno polarizirana, kut je 90 stupnjeva i neće se prenositi snaga.
NAPOMENA: Pomicanje telefona iznad glave pod različitim kutovima objašnjava zašto se prijem ponekad može poboljšati. Antene mobitela obično su linearno polarizirane, pa okretanje telefona često može uskladiti polarizaciju telefona, čime se poboljšava prijem.
Kružna polarizacija je poželjna karakteristika mnogih antena. Obje antene su kružno polarizirane i ne pate od gubitka signala zbog neusklađenosti polarizacije. Antene koje se koriste u GPS sustavima su desno kružno polarizirane.
Sada pretpostavimo da linearno polarizirana antena prima kružno polarizirane valove. Ekvivalentno, pretpostavimo da kružno polarizirana antena pokušava primiti linearno polarizirane valove. Koji je rezultirajući faktor gubitka polarizacije?
Podsjetimo se da je kružna polarizacija zapravo dva ortogonalna linearno polarizirana vala, 90 stupnjeva izvan faze. Stoga će linearno polarizirana (LP) antena primati samo faznu komponentu kružno polariziranog (CP) vala. Stoga će LP antena imati gubitak neusklađenosti polarizacije od 0,5 (-3dB). To vrijedi bez obzira na kut rotacije LP antene. Stoga:
Faktor gubitka polarizacije ponekad se naziva učinkovitost polarizacije, faktor neusklađenosti antene ili faktor prijema antene. Svi ovi nazivi odnose se na isti koncept.
Vrijeme objave: 22. prosinca 2023.
