Poliarizacija yra viena iš pagrindinių antenų savybių. Pirmiausia turime suprasti plokščiųjų bangų poliarizaciją. Tada galime aptarti pagrindinius antenų poliarizacijos tipus.
linijinė poliarizacija
Pradėsime suprasti plokštumos elektromagnetinės bangos poliarizaciją.
Plokštuminė elektromagnetinė (EM) banga turi keletą savybių. Pirma, energija sklinda viena kryptimi (dviem statmenomis kryptimis laukas nekinta). Antra, elektrinis ir magnetinis laukai yra statmeni vienas kitam ir statmeni vienas kitam. Elektrinis ir magnetinis laukai yra statmeni plokščios bangos sklidimo krypčiai. Kaip pavyzdį panagrinėkime vieno dažnio elektrinį lauką (E lauką), pateiktą (1) lygtimi. Elektromagnetinis laukas sklinda +z kryptimi. Elektrinis laukas nukreiptas +x kryptimi. Magnetinis laukas yra +y kryptimi.
(1) lygtyje atkreipkite dėmesį į žymėjimą: . Tai vienetinis vektorius (ilgio vektorius), rodantis, kad elektrinio lauko taškas yra x kryptimi. Plokštuminė banga pavaizduota 1 paveiksle.
1 pav. Grafinis elektrinio lauko, sklindančio +z kryptimi, vaizdas.
Poliarizacija yra elektrinio lauko pėdsako ir sklidimo forma (kontūras). Pavyzdžiui, panagrinėkime plokščiosios bangos elektrinio lauko lygtį (1). Stebėsime padėtį, kurioje elektrinis laukas yra (X, Y, Z) = (0,0,0), kaip laiko funkciją. Šio lauko amplitudė pavaizduota 2 paveiksle keliais laiko momentais. Laukas svyruoja dažniu „F“.
2 pav. Stebėkite elektrinį lauką (X, Y, Z) = (0,0,0) skirtingu metu.
Elektrinis laukas stebimas pradžios taške, svyruojant pirmyn ir atgal pagal amplitudę. Elektrinis laukas visada yra išilgai nurodytos x ašies. Kadangi elektrinis laukas palaikomas išilgai vienos linijos, galima sakyti, kad šis laukas yra tiesiškai poliarizuotas. Be to, jei X ašis yra lygiagreti žemei, šis laukas taip pat apibūdinamas kaip horizontaliai poliarizuotas. Jei laukas orientuotas išilgai Y ašies, galima sakyti, kad banga yra vertikaliai poliarizuota.
Tiesiškai poliarizuotų bangų nebūtina nukreipti išilgai horizontalios ar vertikalios ašies. Pavyzdžiui, elektrinio lauko banga su apribojimu, esančiu išilgai linijos, kaip parodyta 3 paveiksle, taip pat būtų tiesiškai poliarizuota.
3 paveikslas. Tiesiškai poliarizuotos bangos, kurios trajektorija yra kampas, elektrinio lauko amplitudė.
3 paveiksle pavaizduotą elektrinį lauką galima apibūdinti (2) lygtimi. Dabar yra x ir y elektrinio lauko dedamosios. Abi dedamosios yra vienodo dydžio.
Vienas dalykas, į kurį reikia atkreipti dėmesį kalbant apie (2) lygtį, yra xy komponentė ir elektroniniai laukai antrajame etape. Tai reiškia, kad abu komponentai visą laiką turi tą pačią amplitudę.
žiedinė poliarizacija
Dabar tarkime, kad plokščiosios bangos elektrinis laukas pateikiamas (3) lygtimi:
Šiuo atveju X ir Y elementai yra 90 laipsnių fazės skirtumu. Jei laukas vėl stebimas kaip (X, Y, Z) = (0,0,0), kaip ir anksčiau, elektrinio lauko ir laiko kreivė atrodys taip, kaip parodyta 4 paveiksle.
4 pav. Elektrinio lauko stiprumo (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ sritis. (3).
4 paveiksle pavaizduotas elektrinis laukas sukasi ratu. Šis lauko tipas apibūdinamas kaip apskritiminė poliarizacija. Norint gauti apskritiminę poliarizaciją, turi būti įvykdyti šie kriterijai:
- Apskritinės poliarizacijos standartas
- Elektrinis laukas turi turėti dvi ortogonalias (statmenas) dedamąsias.
- Elektrinio lauko ortogonaliniai komponentai turi turėti vienodas amplitudes.
- Kvadratūros komponentai turi būti 90 laipsnių fazės skirtumu.
Jei judama 4 bangos paveikslo ekrane, sakoma, kad lauko sukimasis yra prieš laikrodžio rodyklę ir su dešine apskrita poliarizacija (RHCP). Jei laukas sukamas pagal laikrodžio rodyklę, laukas bus kaire apskrita poliarizacija (LHCP).
Elipsinė poliarizacija
Jei elektrinis laukas turi dvi statmenas dedamąsias, esančias 90 laipsnių fazės skirtumu, bet yra vienodo stiprumo, laukas bus elipsiškai poliarizuotas. Atsižvelgiant į plokščios bangos, sklindančios +z kryptimi, elektrinį lauką, aprašytą (4) lygtimi:
Taško, kuriame įsikurs elektrinio lauko vektoriaus viršūnė, lokusas parodytas 5 paveiksle.
5 pav. Greitosios elipsinės poliarizacijos bangos elektrinis laukas. (4).
5 paveiksle pavaizduotas laukas, sklindantis prieš laikrodžio rodyklę, būtų dešiniarankis elipsinis, jei sklistų už ekrano ribų. Jei elektrinio lauko vektorius sukasi priešinga kryptimi, laukas bus kairiarankis elipsiškai poliarizuotas.
Be to, elipsinė poliarizacija reiškia jos ekscentricitetą. Ekscentriciteto ir pagrindinės bei šalutinės ašių amplitudės santykį. Pavyzdžiui, bangos ekscentricitetas iš (4) lygties yra 1/0,3 = 3,33. Elipsiškai poliarizuotos bangos toliau aprašomos pagrindinės ašies kryptimi. Bangos lygtyje (4) ašis pirmiausia susideda iš x ašies. Atkreipkite dėmesį, kad pagrindinė ašis gali būti bet kokiame plokštumos kampe. Kampas nebūtinai turi atitikti X, Y arba Z ašis. Galiausiai svarbu pažymėti, kad tiek apskritiminė, tiek tiesinė poliarizacija yra specialūs elipsinės poliarizacijos atvejai. 1.0 ekscentrinė elipsiškai poliarizuota banga yra apskritimiškai poliarizuota banga. Elipsiškai poliarizuotos bangos su begaliniu ekscentricitetu. Tiesiškai poliarizuotos bangos.
Antenos poliarizacija
Dabar, kai žinome apie poliarizuotus plokštumos bangos elektromagnetinius laukus, antenos poliarizacija yra tiesiog apibrėžiama.
Antenos poliarizacija. Antenos tolimojo lauko įvertinimas, susidarančio spinduliuojamo lauko poliarizacija. Todėl antenos dažnai vadinamos „tiesiškai poliarizuotomis“ arba „dešinės rankos apskrito poliarizacijos antenomis“.
Ši paprasta koncepcija yra svarbi antenų ryšiui. Pirma, horizontaliai poliarizuota antena negalės bendrauti su vertikaliai poliarizuota antena. Dėl abipusiškumo teoremos antena siunčia ir priima lygiai taip pat. Todėl vertikaliai poliarizuotos antenos siunčia ir priima vertikaliai poliarizuotus laukus. Todėl, jei bandysite perduoti vertikaliai poliarizuotą horizontaliai poliarizuotą anteną, priėmimo nebus.
Įprastu atveju, dviejų tiesiškai poliarizuotų antenų, pasuktų viena kitos atžvilgiu kampu ( ), galios nuostoliai dėl šio poliarizacijos neatitikimo bus apibūdinami poliarizacijos nuostolių koeficientu (PLF):
Todėl, jei dvi antenos turi tą pačią poliarizaciją, kampas tarp jų spinduliuojančių elektronų laukų yra lygus nuliui ir nėra galios nuostolių dėl poliarizacijos neatitikimo. Jei viena antena yra vertikaliai poliarizuota, o kita - horizontaliai, kampas yra 90 laipsnių ir galia nebus perduota.
PASTABA: Telefono laikymas virš galvos skirtingais kampais paaiškina, kodėl kartais gali padidėti ryšio stiprumas. Mobiliųjų telefonų antenos paprastai yra tiesiškai poliarizuotos, todėl telefono sukimas dažnai gali atitikti telefono poliarizaciją, taip pagerinant ryšį.
Apskritiminė poliarizacija yra pageidautina daugelio antenų savybė. Abi antenos yra apskritiminės poliarizacijos ir nepatiria signalo praradimo dėl poliarizacijos neatitikimo. GPS sistemose naudojamos antenos yra dešinėje pusėje apskritiminės poliarizacijos.
Dabar tarkime, kad tiesiškai poliarizuota antena priima apskritimiškai poliarizuotas bangas. Lygiai taip pat tarkime, kad apskritimiškai poliarizuota antena bando priimti tiesiškai poliarizuotas bangas. Koks yra gautas poliarizacijos nuostolių koeficientas?
Prisiminkite, kad apskritiminė poliarizacija iš tikrųjų yra dvi ortogonaliai tiesiškai poliarizuotos bangos, 90 laipsnių fazės skirtumu nesuderintos. Todėl tiesiškai poliarizuota (LP) antena priims tik apskritimiškai poliarizuotos (CP) bangos fazės komponentą. Todėl LP antenos poliarizacijos neatitikimo nuostoliai bus 0,5 (-3 dB). Tai tiesa, nepriklausomai nuo to, kokiu kampu pasukta LP antena. Todėl:
Poliarizacijos nuostolių koeficientas kartais vadinamas poliarizacijos efektyvumu, antenos neatitikimo koeficientu arba antenos priėmimo koeficientu. Visi šie pavadinimai reiškia tą pačią sąvoką.
Įrašo laikas: 2023 m. gruodžio 22 d.
