Polarizacija je jedna od osnovnih karakteristika antena. Prvo moramo razumjeti polarizaciju ravnih valova. Zatim možemo razgovarati o glavnim vrstama polarizacije antene.
linearna polarizacija
Počet ćemo razumijevati polarizaciju ravnog elektromagnetskog vala.
Planarni elektromagnetski (EM) val ima nekoliko karakteristika. Prvi je da snaga putuje u jednom smjeru (nikako polje se ne mijenja u dva ortogonalna smjera). Drugo, električno polje i magnetsko polje su okomiti jedno na drugo i ortogonalni jedno na drugo. Električno i magnetsko polje okomito je na smjer širenja ravnog vala. Kao primjer, razmotrite jednofrekventno električno polje (E polje) dano jednadžbom (1). Elektromagnetsko polje putuje u smjeru +z. Električno polje je usmjereno u +x smjeru. Magnetsko polje je u smjeru +y.
U jednadžbi (1) promatrajte oznaku: . Ovo je jedinični vektor (vektor duljine), koji govori da je točka električnog polja u smjeru x. Ravni val je ilustriran na slici 1.
slika 1. Grafički prikaz električnog polja koje putuje u +z smjeru.
Polarizacija je trag i oblik širenja (kontura) električnog polja. Kao primjer, razmotrite jednadžbu električnog polja ravnog vala (1). Promatrat ćemo položaj u kojem je električno polje (X,Y,Z) = (0,0,0) kao funkciju vremena. Amplituda ovog polja prikazana je na slici 2, u nekoliko instanci u vremenu. Polje oscilira na frekvenciji "F".
slika 2. Promatrajte električno polje (X, Y, Z) = (0,0,0) u različitim vremenima.
Električno polje promatra se 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 to polje linearno polarizirano. Osim toga, ako je X-os paralelna s tlom, ovo se polje također opisuje kao horizontalno polarizirano. Ako je polje usmjereno duž Y-osi, za val se može reći da je okomito polariziran.
Linearno polarizirani valovi ne moraju biti usmjereni duž vodoravne ili okomite osi. Na primjer, val električnog polja s ograničenjem koje leži duž crte 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 primijetiti u vezi s jednadžbom (2) je xy-komponenta i elektronska polja u drugom stupnju. 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 izvan faze za 90 stupnjeva. Ako se polje promatra kao (X, Y, Z) = (0,0,0) ponovno kao prije, krivulja električnog polja u odnosu na vrijeme pojavit će se kao što je prikazano 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 opisuje se kao cirkularno polarizirani val. Za kružnu polarizaciju moraju biti zadovoljeni 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 putuje na zaslonu Wave Figure 4, kaže se da je rotacija polja u smjeru suprotnom od kazaljke na satu i desno kružno polarizirana (RHCP). Ako se polje rotira u smjeru kazaljke na satu, polje će biti lijeva kružna polarizacija (LHCP).
Eliptična polarizacija
Ako električno polje ima dvije okomite komponente, 90 stupnjeva izvan faze, ali jednake magnitude, polje će biti eliptično polarizirano. Uzimajući u obzir električno polje ravnog vala koji putuje u +z smjeru, opisano jednadžbom (4):
Geografsko mjesto točke u kojoj će poprimiti vrh vektora električnog polja dano je na slici 5
Slika 5. Električno polje brzog eliptičnog polarizacijskog vala. (4).
Polje na slici 5, koje putuje u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, bilo bi desno eliptično ako putuje izvan zaslona. Ako vektor električnog polja rotira u suprotnom smjeru, polje će biti lijevo eliptično polarizirano.
Nadalje, eliptična polarizacija odnosi se na njenu ekscentričnost. Omjer ekscentriciteta i amplitude velike i sporedne osi. Na primjer, ekscentricitet vala iz jednadžbe (4) je 1/0,3= 3,33. Eliptično polarizirani valovi dalje se opisuju smjerom velike 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 da odgovara X, Y ili Z osi. Na kraju, važno je napomenuti da su i kružna i linearna polarizacija posebni slučajevi eliptične polarizacije. 1.0 ekscentrični eliptično polarizirani val je kružno polariziran val. Eliptično polarizirani valovi s beskonačnim ekscentričnostima. Linearno polarizirani valovi.
Polarizacija antene
Sada kada smo svjesni polariziranih elektromagnetskih polja ravnih valova, polarizacija antene je jednostavno definirana.
Polarizacija antene Procjena dalekog polja antene, polarizacija rezultirajućeg zračenog polja. Stoga se antene često navode kao "linearno polarizirane" ili "desnokretne cirkularno 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 zakrenute jedna u odnosu na drugu za kut ( ), gubitak snage zbog ove neusklađenosti polarizacije opisat će se faktorom polarizacijskog gubitka (PLF):
Stoga, ako dvije antene imaju istu polarizaciju, kut između njihovih polja zračenja elektrona je nula i nema gubitka snage zbog neusklađenosti polarizacije. Ako je jedna antena okomito polarizirana, a druga vodoravno polarizirana, kut je 90 stupnjeva i neće se prenositi snaga.
NAPOMENA: Pomicanje telefona iznad glave pod različitim kutovima objašnjava zašto se prijem ponekad može povećati. Antene mobitela obično su linearno polarizirane, tako da rotiranje telefona često može uskladiti polarizaciju telefona, čime se poboljšava prijem.
Kružna polarizacija je poželjna karakteristika mnogih antena. Obje antene su cirkularno 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 cirkularno polarizirane valove. Isto tako, pretpostavimo da cirkularno polarizirana antena pokušava primiti linearno polarizirane valove. Koliki je rezultirajući faktor gubitka polarizacije?
Podsjetimo se da su kružna polarizacija zapravo dva ortogonalna linearno polarizirana vala, 90 stupnjeva izvan faze. Stoga će linearno polarizirana (LP) antena primiti samo cirkularno polariziranu (CP) faznu komponentu vala. Stoga će LP antena imati gubitak neusklađenosti polarizacije od 0,5 (-3dB). To vrijedi bez obzira pod kojim kutom je LP antena zakrenuta. stoga:
Faktor polarizacijskog gubitka ponekad se naziva polarizacijska učinkovitost, faktor neusklađenosti antene ili faktor prijema antene. Svi ovi nazivi odnose se na isti koncept.
Vrijeme objave: 22. prosinca 2023
