Polarizarea este una dintre caracteristicile de bază ale antenelor. Mai întâi trebuie să înțelegem polarizarea undelor plane. Apoi putem discuta despre principalele tipuri de polarizare a antenelor.
polarizare liniară
Vom începe să înțelegem polarizarea unei unde electromagnetice plane.
O undă electromagnetică planară (EM) are mai multe caracteristici. Prima este că puterea se deplasează într-o singură direcție (niciun câmp nu se schimbă în două direcții ortogonale). În al doilea rând, câmpul electric și câmpul magnetic sunt perpendiculare unul pe celălalt și ortogonale unul pe celălalt. Câmpurile electrice și magnetice sunt perpendiculare pe direcția de propagare a undei plane. Ca exemplu, să luăm în considerare un câmp electric de o singură frecvență (câmp E) dat de ecuația (1). Câmpul electromagnetic se deplasează în direcția +z. Câmpul electric este direcționat în direcția +x. Câmpul magnetic este în direcția +y.
În ecuația (1), observați notația: . Acesta este un vector unitar (un vector de lungime), ceea ce indică faptul că punctul câmpului electric se află în direcția x. Unda plană este ilustrată în Figura 1.
figura 1. Reprezentare grafică a câmpului electric care se deplasează în direcția +z.
Polarizarea este urmei și formei de propagare (conturului) unui câmp electric. Ca exemplu, să luăm în considerare ecuația câmpului electric al undei plane (1). Vom observa poziția în care câmpul electric este (X,Y,Z) = (0,0,0) în funcție de timp. Amplitudinea acestui câmp este reprezentată grafic în Figura 2, la mai multe momente în timp. Câmpul oscilează la frecvența „F”.
figura 2. Observați câmpul electric (X, Y, Z) = (0,0,0) la momente de timp diferite.
Câmpul electric este observat la origine, oscilând înainte și înapoi în amplitudine. Câmpul electric este întotdeauna de-a lungul axei x indicate. Deoarece câmpul electric este menținut de-a lungul unei singure linii, se poate spune că acest câmp este polarizat liniar. În plus, dacă axa X este paralelă cu solul, acest câmp este descris și ca polarizat orizontal. Dacă câmpul este orientat de-a lungul axei Y, se poate spune că unda este polarizată vertical.
Undele polarizate liniar nu trebuie să fie direcționate de-a lungul unei axe orizontale sau verticale. De exemplu, o undă de câmp electric cu o constrângere situată de-a lungul unei linii, așa cum se arată în Figura 3, ar fi, de asemenea, polarizată liniar.
imaginea 3. Amplitudinea câmpului electric al unei unde polarizate liniar a cărei traiectorie este un unghi.
Câmpul electric din Figura 3 poate fi descris prin ecuația (2). Acum există o componentă x și y a câmpului electric. Ambele componente au dimensiuni egale.
Un lucru de remarcat în legătură cu ecuația (2) este componenta xy și câmpurile electronice din a doua etapă. Aceasta înseamnă că ambele componente au aceeași amplitudine în orice moment.
polarizare circulară
Acum presupunem că câmpul electric al unei unde plane este dat de ecuația (3):
În acest caz, elementele X și Y sunt defazate cu 90 de grade. Dacă câmpul este observat ca (X, Y, Z) = (0,0,0) din nou ca înainte, curba câmpului electric în funcție de timp va apărea așa cum se arată mai jos în Figura 4.
Figura 4. Intensitatea câmpului electric (X, Y, Z) = (0,0,0) Domeniul EQ. (3).
Câmpul electric din Figura 4 se rotește în cerc. Acest tip de câmp este descris ca o undă polarizată circular. Pentru polarizarea circulară, trebuie îndeplinite următoarele criterii:
- Standard pentru polarizarea circulară
- Câmpul electric trebuie să aibă două componente ortogonale (perpendiculare).
- Componentele ortogonale ale câmpului electric trebuie să aibă amplitudini egale.
- Componentele în cuadratură trebuie să fie defazate cu 90 de grade.
Dacă se parcurge ecranul Wave Figure 4, rotația câmpului se spune că este în sens invers acelor de ceasornic și polarizată circular spre dreapta (RHCP). Dacă câmpul este rotit în sensul acelor de ceasornic, câmpul va fi cu polarizare circulară spre stânga (LHCP).
Polarizare eliptică
Dacă câmpul electric are două componente perpendiculare, defazate la 90 de grade, dar de magnitudine egală, câmpul va fi polarizat eliptic. Considerând câmpul electric al unei unde plane care se deplasează în direcția +z, descris de ecuația (4):
Locusul punctului în care vârful vectorului câmpului electric va prelua direcția este dat în Figura 5
Figura 5. Câmp electric al undelor de polarizare eliptică promptă. (4).
Câmpul din Figura 5, care se deplasează în sens invers acelor de ceasornic, ar fi eliptic dreptaci dacă ar ieși din ecran. Dacă vectorul câmpului electric se rotește în direcția opusă, câmpul va fi polarizat eliptic stângaci.
În plus, polarizarea eliptică se referă la excentricitatea sa. Raportul dintre excentricitate și amplitudinea axelor majoră și minoră. De exemplu, excentricitatea undei din ecuația (4) este 1/0,3 = 3,33. Undele polarizate eliptic sunt descrise în continuare prin direcția axei majore. Ecuația undei (4) are o axă formată în principal din axa x. Rețineți că axa majoră poate fi la orice unghi plan. Unghiul nu este necesar pentru a se potrivi cu axa X, Y sau Z. În cele din urmă, este important de reținut că atât polarizarea circulară, cât și cea liniară sunt cazuri speciale de polarizare eliptică. O undă polarizată eliptic excentrică 1,0 este o undă polarizată circular. Unde polarizate eliptic cu excentricitate infinită. Unde polarizate liniar.
Polarizarea antenei
Acum, că suntem conștienți de câmpurile electromagnetice cu unde plane polarizate, polarizarea unei antene este definită simplu.
Polarizarea antenei O evaluare a câmpului îndepărtat al antenei, polarizarea câmpului radiat rezultat. Prin urmare, antenele sunt adesea clasificate ca „polarizate liniar” sau „antene cu polarizare circulară dreaptă”.
Acest concept simplu este important pentru comunicațiile prin antenă. În primul rând, o antenă polarizată orizontal nu va comunica cu o antenă polarizată vertical. Datorită teoremei reciprocității, antena transmite și recepționează exact în același mod. Prin urmare, antenele polarizate vertical transmit și recepționează câmpuri polarizate vertical. Prin urmare, dacă încercați să transmiteți o antenă polarizată vertical și orizontal, nu va exista recepție.
În cazul general, pentru două antene polarizate liniar, rotite una față de cealaltă cu un unghi ( ), pierderea de putere datorată acestei nepotriviri de polarizare va fi descrisă de factorul de pierdere în polarizare (PLF):
Prin urmare, dacă două antene au aceeași polarizare, unghiul dintre câmpurile lor de electroni radianți este zero și nu există pierderi de putere din cauza nepotrivirii de polarizare. Dacă o antenă este polarizată vertical, iar cealaltă este polarizată orizontal, unghiul este de 90 de grade și nu se va transfera nicio putere.
NOTĂ: Mutarea telefonului deasupra capului în unghiuri diferite explică de ce recepția poate fi uneori îmbunătățită. Antenele telefoanelor mobile sunt de obicei polarizate liniar, așadar rotirea telefonului poate adesea să se potrivească cu polarizarea telefonului, îmbunătățind astfel recepția.
Polarizarea circulară este o caracteristică dezirabilă a multor antene. Ambele antene sunt polarizate circular și nu suferă de pierderi de semnal din cauza nepotrivirii de polarizare. Antenele utilizate în sistemele GPS sunt polarizate circular pe partea dreaptă.
Acum, presupunem că o antenă polarizată liniar primește unde polarizate circular. În mod echivalent, presupunem că o antenă polarizată circular încearcă să primească unde polarizate liniar. Care este factorul de pierdere prin polarizare rezultat?
Reamintim că polarizarea circulară este de fapt două unde polarizate liniar ortogonale, defazate la 90 de grade. Prin urmare, o antenă polarizată liniar (LP) va recepționa doar componenta de fază a undei polarizate circular (CP). Prin urmare, antena LP va avea o pierdere de nepotrivire de polarizare de 0,5 (-3dB). Acest lucru este valabil indiferent de unghiul în care este rotită antena LP. Prin urmare:
Factorul de pierdere prin polarizare este uneori denumit eficiență de polarizare, factor de nepotrivire a antenei sau factor de recepție a antenei. Toate aceste denumiri se referă la același concept.
Data publicării: 22 decembrie 2023
