Polarizarea este una dintre caracteristicile de bază ale antenelor. Mai întâi trebuie să înțelegem polarizarea undelor plane. Putem discuta apoi despre principalele tipuri de polarizare a antenei.
polarizare liniară
Vom începe să înțelegem polarizarea unei unde electromagnetice plane.
O undă electromagnetică plană (EM) are mai multe caracteristici. Primul este că puterea se deplasează într-o direcție (niciun câmp nu se modifică în două direcții ortogonale). În al doilea rând, câmpul electric și câmpul magnetic sunt perpendiculari unul față de celălalt și ortogonali unul față de celălalt. Câmpurile electrice și magnetice sunt perpendiculare pe direcția de propagare a undelor plane. Ca exemplu, luați în considerare un câmp electric cu 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), care spune că punctul câmpului electric este în direcția x. Unda plană este ilustrată în Figura 1.
figura 1. Reprezentarea grafică a câmpului electric care se deplasează în direcția +z.
Polarizarea este forma de urmărire și propagare (contur) a unui câmp electric. Ca exemplu, luați în considerare ecuația câmpului electric cu undă plană (1). Vom observa poziția în care câmpul electric este (X,Y,Z) = (0,0,0) în funcție de timp. Amplitudinea acestui câmp este reprezentată 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) în momente 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, de asemenea, descris ca fiind 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 despre 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 într-un cerc. Acest tip de câmp este descris ca o undă polarizată circular. Pentru polarizarea circulară, trebuie îndeplinite următoarele criterii:
- Standard pentru polarizare circulară
- Câmpul electric trebuie să aibă două componente ortogonale (perpendiculare).
- Componentele ortogonale ale câmpului electric trebuie să aibă amplitudini egale.
- Componentele de cuadratura trebuie să fie defazate cu 90 de grade.
Dacă călătoriți pe ecranul Wave Figura 4, se spune că rotația câmpului este în sens invers acelor de ceasornic și polarizat circular la dreapta (RHCP). Dacă câmpul este rotit în sensul acelor de ceasornic, câmpul va fi polarizare circulară stânga (LHCP).
Polarizare eliptică
Dacă câmpul electric are două componente perpendiculare, defazate la 90 de grade, dar de mărime egală, câmpul va fi polarizat eliptic. Luând în considerare câmpul electric al unei unde plane care se deplasează în direcția +z, descris de ecuația (4):
Locul punctului în care se va asuma vârful vectorului câmpului electric este dat în Figura 5
Figura 5. Câmp electric cu undă de polarizare eliptică promptă. (4).
Câmpul din figura 5, care se deplasează în sens invers acelor de ceasornic, ar fi eliptic pentru dreapta dacă iese din ecran. Dacă vectorul câmpului electric se rotește în direcția opusă, câmpul va fi polarizat eliptic la stânga.
În plus, polarizarea eliptică se referă la excentricitatea sa. Raportul dintre excentricitate și amplitudinea axelor majore și minore. De exemplu, excentricitatea undei din ecuația (4) este 1/0,3= 3,33. Undele polarizate eliptic sunt descrise în continuare de direcția axei majore. Ecuația de undă (4) are o axă constând în principal din axa x. Rețineți că axa majoră poate fi la orice unghi plan. Unghiul nu este necesar pentru a se potrivi pe axa X, Y sau Z. În cele din urmă, este important de menționat că atât polarizarea circulară, cât și polarizarea liniară sunt cazuri speciale de polarizare eliptică. Unda polarizată eliptică excentrică 1.0 este o undă polarizată circular. Unde polarizate eliptic cu excentricitate infinită. Unde liniar polarizate.
Polarizarea antenei
Acum că suntem conștienți de câmpurile electromagnetice polarizate cu unde plane, polarizarea unei antene este pur și simplu definită.
Polarizarea antenei O evaluare a antenei în câmp îndepărtat, polarizarea câmpului radiat rezultat. Prin urmare, antenele sunt adesea enumerate ca „polarizate liniar” sau „antene polarizate circular la dreapta”.
Acest concept simplu este important pentru comunicațiile cu antenă. În primul rând, o antenă polarizată orizontal nu va comunica cu o antenă polarizată vertical. Datorită teoremei de reciprocitate, antena transmite și primește exact în același mod. Prin urmare, antenele polarizate vertical transmit și primesc câmpuri polarizate vertical. Prin urmare, dacă încercați să transmiteți o antenă polarizată orizontal polarizată vertical, nu va exista recepție.
În cazul general, pentru două antene polarizate liniar rotite una față de cealaltă printr-un unghi ( ), pierderea de putere datorată acestei nepotriviri de polarizare va fi descrisă de factorul de pierdere de 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 va fi transferată nicio putere.
NOTĂ: Mutarea telefonului deasupra capului în unghiuri diferite explică de ce recepția poate fi uneori mărită. Antenele pentru telefoane mobile sunt de obicei polarizate liniar, astfel încât rotirea telefonului se poate potrivi adesea cu polarizarea telefonului, îmbunătățind astfel recepția.
Polarizarea circulară este o caracteristică de dorit a multor antene. Ambele antene sunt polarizate circular și nu suferă pierderi de semnal din cauza nepotrivirii de polarizare. Antenele utilizate în sistemele GPS sunt polarizate circular la dreapta.
Acum să 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 de polarizare rezultat?
Amintiți-vă că polarizarea circulară este de fapt două unde polarizate liniar ortogonale, defazate la 90 de grade. Prin urmare, o antenă polarizată liniar (LP) va primi doar componenta de fază a undei polarizată circular (CP). Prin urmare, antena LP va avea o pierdere de nepotrivire de polarizare de 0,5 (-3dB). Acest lucru este adevărat indiferent de ce unghi este rotită antena LP. prin urmare:
Factorul de pierdere de polarizare este uneori denumit eficiență de polarizare, factor de nepotrivire a antenei sau factor de recepție a antenei. Toate aceste nume se referă la același concept.
Ora postării: 22-dec-2023
