Polarizācija ir viena no antenu pamatīpašībām. Vispirms mums ir jāsaprot plaknes viļņu polarizācija. Pēc tam mēs varam apspriest galvenos antenas polarizācijas veidus.
lineārā polarizācija
Mēs sāksim izprast plaknes elektromagnētiskā viļņa polarizāciju.
Plakanajam elektromagnētiskajam (EM) viļņam ir vairākas īpašības. Pirmais ir tas, ka jauda pārvietojas vienā virzienā (divos ortogonālos virzienos lauks nemainās). Otrkārt, elektriskais lauks un magnētiskais lauks ir perpendikulāri viens otram un ortogonāli viens otram. Elektriskie un magnētiskie lauki ir perpendikulāri plaknes viļņu izplatīšanās virzienam. Kā piemēru apsveriet vienas frekvences elektrisko lauku (E lauku), kas dots ar vienādojumu (1). Elektromagnētiskais lauks pārvietojas +z virzienā. Elektriskais lauks ir vērsts +x virzienā. Magnētiskais lauks ir +y virzienā.
(1) vienādojumā ievērojiet apzīmējumu: . Tas ir vienības vektors (garuma vektors), kas saka, ka elektriskā lauka punkts atrodas x virzienā. Plaknes vilnis ir parādīts 1. attēlā.
1. attēls. Elektriskā lauka grafiskais attēlojums, kas pārvietojas +z virzienā.
Polarizācija ir elektriskā lauka trase un izplatīšanās forma (kontūra). Kā piemēru apsveriet plaknes viļņa elektriskā lauka vienādojumu (1). Novērosim pozīciju, kurā elektriskais lauks ir (X,Y,Z) = (0,0,0) kā laika funkcija. Šī lauka amplitūda ir attēlota 2. attēlā vairākos gadījumos laikā. Lauks svārstās ar frekvenci "F".
2. attēls. Ievērojiet elektrisko lauku (X, Y, Z) = (0,0,0) dažādos laikos.
Elektrisko lauku novēro izcelsmē, svārstoties uz priekšu un atpakaļ amplitūdā. Elektriskais lauks vienmēr atrodas gar norādīto x asi. Tā kā elektriskais lauks tiek uzturēts vienā līnijā, var teikt, ka šis lauks ir lineāri polarizēts. Turklāt, ja X-ass ir paralēla zemei, šis lauks tiek aprakstīts arī kā horizontāli polarizēts. Ja lauks ir orientēts pa Y asi, var teikt, ka vilnis ir vertikāli polarizēts.
Lineāri polarizēti viļņi nav jāvirza pa horizontālu vai vertikālu asi. Piemēram, elektriskā lauka vilnis ar ierobežojumu, kas atrodas gar līniju, kā parādīts 3. attēlā, arī būtu lineāri polarizēts.
3. attēls. Lineāri polarizēta viļņa elektriskā lauka amplitūda, kura trajektorija ir leņķis.
Elektrisko lauku 3. attēlā var aprakstīt ar (2) vienādojumu. Tagad ir elektriskā lauka x un y sastāvdaļa. Abas sastāvdaļas ir vienāda izmēra.
Viena lieta, kas jāatzīmē vienādojumā (2), ir xy komponents un elektroniskie lauki otrajā posmā. Tas nozīmē, ka abiem komponentiem vienmēr ir vienāda amplitūda.
apļveida polarizācija
Tagad pieņemsim, ka plaknes viļņa elektrisko lauku nosaka vienādojums (3):
Šajā gadījumā X un Y elementi ir par 90 grādiem ārpus fāzes. Ja lauks tiek novērots kā (X, Y, Z) = (0,0,0), kā iepriekš, elektriskā lauka un laika līkne parādīsies, kā parādīts 4. attēlā.
4. attēls. Elektriskā lauka stiprums (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ domēns. (3).
Elektriskais lauks 4. attēlā griežas pa apli. Šāda veida lauks ir aprakstīts kā cirkulāri polarizēts vilnis. Apļveida polarizācijai ir jāatbilst šādiem kritērijiem:
- Standarts apļveida polarizācijai
- Elektriskajam laukam jābūt divām ortogonālām (perpendikulārām) sastāvdaļām.
- Elektriskā lauka ortogonālajām sastāvdaļām jābūt vienādām amplitūdām.
- Kvadratūras komponentiem jābūt par 90 grādiem ārpus fāzes.
Braucot pa viļņa 4. attēla ekrānu, tiek uzskatīts, ka lauka rotācija ir pretēji pulksteņrādītāja virzienam un labās puses cirkulāri polarizēta (RHCP). Ja lauks tiek pagriezts pulksteņrādītāja virzienā, lauks būs kreisās puses cirkulārā polarizācija (LHCP).
Eliptiskā polarizācija
Ja elektriskajam laukam ir divas perpendikulāras sastāvdaļas, 90 grādu no fāzes, bet vienāda lieluma, lauks būs eliptiski polarizēts. Ņemot vērā plaknes viļņa elektrisko lauku, kas virzās +z virzienā, ko apraksta (4) vienādojums:
Punkta lokuss, kurā pieņems elektriskā lauka vektora galu, ir parādīts 5. attēlā
5. attēls. Ātrās eliptiskās polarizācijas viļņa elektriskais lauks. (4).
5. attēlā redzamais lauks, kas pārvietojas pretēji pulksteņrādītāja virzienam, būtu labās puses eliptisks, ja tas pārvietotos ārpus ekrāna. Ja elektriskā lauka vektors griežas pretējā virzienā, lauks būs kreisās puses eliptiski polarizēts.
Turklāt eliptiskā polarizācija attiecas uz tās ekscentriskumu. Ekscentricitātes attiecība pret galvenās un mazās asu amplitūdu. Piemēram, viļņa ekscentricitāte no (4) vienādojuma ir 1/0,3= 3,33. Eliptiski polarizētos viļņus tālāk raksturo galvenās ass virziens. Viļņa vienādojumam (4) ir ass, kas galvenokārt sastāv no x ass. Ņemiet vērā, ka galvenā ass var būt jebkurā plaknes leņķī. Leņķis nav nepieciešams, lai tas atbilstu X, Y vai Z asij. Visbeidzot, ir svarīgi atzīmēt, ka gan apļveida, gan lineārā polarizācija ir īpaši eliptiskās polarizācijas gadījumi. 1.0 ekscentrisks eliptiski polarizēts vilnis ir cirkulāri polarizēts vilnis. Eliptiski polarizēti viļņi ar bezgalīgu ekscentriskumu. Lineāri polarizēti viļņi.
Antenas polarizācija
Tagad, kad mēs zinām par polarizētiem plaknes viļņu elektromagnētiskajiem laukiem, antenas polarizācija ir vienkārši definēta.
Antenas polarizācija Antenas tālā lauka novērtējums, iegūtā izstarotā lauka polarizācija. Tāpēc antenas bieži tiek uzskaitītas kā "lineāri polarizētas" vai "labās puses cirkulāri polarizētas antenas".
Šī vienkāršā koncepcija ir svarīga antenas sakariem. Pirmkārt, horizontāli polarizēta antena nesazināsies ar vertikāli polarizētu antenu. Sakarā ar savstarpīguma teorēmu antena raida un saņem tieši tādā pašā veidā. Tāpēc vertikāli polarizētas antenas pārraida un uztver vertikāli polarizētus laukus. Tāpēc, ja mēģināsit pārraidīt vertikāli polarizētu horizontāli polarizētu antenu, uztveršanas nebūs.
Vispārīgā gadījumā divām lineāri polarizētām antenām, kas viena pret otru ir pagrieztas par leņķi ( ), šīs polarizācijas neatbilstības radītais jaudas zudums tiks aprakstīts ar polarizācijas zuduma koeficientu (PLF):
Tāpēc, ja divām antenām ir vienāda polarizācija, leņķis starp to izstarojošajiem elektronu laukiem ir nulle un nav jaudas zudumu polarizācijas neatbilstības dēļ. Ja viena antena ir vertikāli polarizēta, bet otra ir horizontāli polarizēta, leņķis ir 90 grādi, un jauda netiks pārsūtīta.
PIEZĪME. Tālruņa pārvietošana virs galvas dažādos leņķos izskaidro, kāpēc uztveršanas spēja dažkārt var tikt palielināta. Mobilo tālruņu antenas parasti ir lineāri polarizētas, tāpēc tālruņa pagriešana bieži var atbilst tālruņa polarizācijai, tādējādi uzlabojot uztveršanu.
Apļveida polarizācija ir vēlama daudzu antenu īpašība. Abas antenas ir cirkulāri polarizētas un necieš no signāla zudumiem polarizācijas neatbilstības dēļ. GPS sistēmās izmantotās antenas ir labās puses cirkulāri polarizētas.
Tagad pieņemsim, ka lineāri polarizēta antena uztver cirkulāri polarizētus viļņus. Līdzvērtīgi pieņemsim, ka cirkulāri polarizēta antena mēģina uztvert lineāri polarizētus viļņus. Kāds ir iegūtais polarizācijas zuduma koeficients?
Atgādiniet, ka apļveida polarizācija patiesībā ir divi ortogonāli lineāri polarizēti viļņi, kas atrodas 90 grādu fāzē. Tāpēc lineāri polarizēta (LP) antena uztvers tikai cirkulāri polarizēto (CP) viļņu fāzes komponentu. Tāpēc LP antenas polarizācijas neatbilstības zudums būs 0,5 (-3 dB). Tas ir taisnība neatkarīgi no tā, kādā leņķī tiek pagriezta LP antena. tāpēc:
Polarizācijas zuduma koeficientu dažreiz sauc par polarizācijas efektivitāti, antenas neatbilstības koeficientu vai antenas uztveršanas koeficientu. Visi šie nosaukumi attiecas uz vienu un to pašu jēdzienu.
Izlikšanas laiks: 22. decembris 2023
