Polarizacija je jedna od osnovnih karakteristika antena. Prvo moramo razumjeti polarizaciju ravnih valova. Zatim možemo razgovarati o glavnim tipovima polarizacije antene.
linearna polarizacija
Počet ćemo razumijevati polarizaciju ravnog elektromagnetnog vala.
Planarni elektromagnetski (EM) talas ima nekoliko karakteristika. Prvi je da snaga putuje u jednom smjeru (nijedno polje se ne mijenja u dva ortogonalna smjera). Drugo, električno polje i magnetsko polje su jedno na drugo okomito i ortogonalno jedno na drugo. Električno i magnetsko polje su okomite na smjer širenja ravnih valova. Kao primjer, razmotrite jednofrekventno električno polje (E polje) dato jednadžbom (1). Elektromagnetno polje putuje u smjeru +z. Električno polje je usmjereno u smjeru +x. Magnetno polje je u smjeru +y.
U jednačini (1), obratite pažnju na oznaku: . Ovo je jedinični vektor (vektor dužine), koji kaže da je tačka električnog polja u pravcu x. Ravan talas je ilustrovan na slici 1.
slika 1. Grafički prikaz električnog polja koje putuje u smjeru +z.
Polarizacija je oblik traga i širenja (kontura) električnog polja. Kao primjer, razmotrite jednadžbu električnog polja ravnog talasa (1). Posmatrat ćemo poziciju gdje je električno polje (X,Y,Z) = (0,0,0) kao funkciju vremena. Amplituda ovog polja je prikazana na slici 2, u nekoliko vremenskih instanci. Polje oscilira na frekvenciji "F".
slika 2. Posmatrajte električno polje (X, Y, Z) = (0,0,0) u različito vrijeme.
Električno polje se posmatra u početku, oscilirajući napred-nazad po amplitudi. Električno polje je uvijek duž označene x-ose. Pošto se električno polje održava duž jedne linije, može se reći da je ovo polje linearno polarizovano. Dodatno, ako je X-osa paralelna sa tlom, ovo polje se takođe opisuje kao horizontalno polarizovano. Ako je polje orijentirano duž Y-ose, može se reći da je val vertikalno polariziran.
Linearno polarizirani valovi ne moraju biti usmjereni duž horizontalne ili vertikalne ose. Na primjer, val električnog polja s ograničenjem koja leži duž linije kao što je prikazano na slici 3 također bi bio linearno polariziran.
slika 3. Amplituda električnog polja linearno polarizovanog talasa čija je putanja ugao.
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 napomenuti u vezi jednačine (2) je xy-komponenta i elektronska polja u drugoj fazi. To znači da obje komponente imaju istu amplitudu u svakom trenutku.
kružna polarizacija
Sada pretpostavimo da je električno polje ravnog vala dato jednadžbom (3):
U ovom slučaju, X- i Y-elementi su van faze za 90 stepeni. Ako se polje posmatra kao (X, Y, Z) = (0,0,0) ponovo kao i ranije, kriva električnog polja u odnosu na vreme će se pojaviti kao što je prikazano ispod na slici 4.
Slika 4. Jačina električnog polja (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ domena. (3).
Električno polje na slici 4 rotira se u krug. Ova vrsta polja se opisuje kao kružno polarizovani talas. Za kružnu polarizaciju moraju biti ispunjeni 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 van faze za 90 stepeni.
Ako putujete na ekranu 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 lijevo-kružna polarizacija (LHCP).
Eliptična polarizacija
Ako električno polje ima dvije okomite komponente, 90 stupnjeva van faze, ali jednake veličine, polje će biti eliptički polarizirano. Uzimajući u obzir električno polje ravnog vala koji putuje u smjeru +z, opisanog jednadžbom (4):
Lokus tačke u kojoj će zauzeti vrh vektora električnog polja dat je na slici 5
Slika 5. Električno polje brzog eliptičnog polarizacionog talasa. (4).
Polje na slici 5, koje putuje u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, bilo bi desno eliptično ako putuje van ekrana. Ako se vektor električnog polja rotira u suprotnom smjeru, polje će biti lijevo eliptički polarizirano.
Nadalje, eliptična polarizacija se odnosi na njen ekscentricitet. Odnos ekscentriciteta i amplitude velike i male ose. Na primjer, ekscentricitet talasa iz jednačine (4) je 1/0,3= 3,33. Eliptički polarizirani valovi se dalje opisuju smjerom glavne ose. Talasna jednačina (4) ima osu koja se prvenstveno sastoji od x-ose. Imajte na umu da glavna os može biti pod bilo kojim ravnim uglom. Ugao nije potreban da bi odgovarao osi X, Y ili Z. Konačno, važno je napomenuti da su i kružna i linearna polarizacija posebni slučajevi eliptične polarizacije. 1.0 ekscentrični eliptično polarizirani val je kružno polarizirani val. Eliptički polarizirani valovi s beskonačnim ekscentricitetom. Linearno polarizovani talasi.
Polarizacija antene
Sada kada smo svjesni elektromagnetnih polja polariziranih ravnih valova, polarizacija antene je jednostavno definirana.
Polarizacija antene Procjena dalekog polja antene, polarizacija rezultirajućeg zračenja polja. Stoga se antene često navode kao "linearno polarizirane" ili "desno polarizirane antene s kružnom polarizacijom".
Ovaj jednostavan koncept je važan za antensku komunikaciju. Prvo, horizontalno polarizovana antena neće komunicirati sa vertikalno polarizovanom antenom. Zbog teoreme reciprociteta, antena emituje i prima na potpuno isti način. Stoga, vertikalno polarizirane antene emituju i primaju vertikalno polarizirana polja. Stoga, ako pokušate prenijeti vertikalno polariziranu horizontalno polariziranu antenu, neće biti prijema.
U općenitom slučaju, za dvije linearno polarizirane antene rotirane jedna u odnosu na drugu za ugao ( ), gubitak snage zbog ove neusklađenosti polarizacije bit će opisan faktorom gubitka polarizacije (PLF):
Prema tome, ako dvije antene imaju istu polarizaciju, ugao između njihovih zračećih elektronskih polja je nula i nema gubitka snage zbog neusklađenosti polarizacije. Ako je jedna antena vertikalno polarizovana, a druga horizontalno polarizovana, ugao je 90 stepeni i neće se prenositi energija.
NAPOMENA: Pomeranje telefona iznad glave pod različitim uglovima objašnjava zašto se prijem ponekad može povećati. Antene mobilnih telefona su obično linearno polarizovane, tako da rotiranje telefona često može da odgovara polarizaciji telefona, čime se poboljšava prijem.
Kružna polarizacija je poželjna karakteristika mnogih antena. Obje antene su kružno polarizirane i ne pate od gubitka signala zbog neusklađenosti polarizacije. Antene koje se koriste u GPS sistemima su desno kružno polarizovane.
Pretpostavimo sada da linearno polarizovana antena prima kružno polarizovane talase. Ekvivalentno, pretpostavimo da kružno polarizovana antena pokušava da primi linearno polarizovane talase. Koji je rezultirajući faktor gubitka polarizacije?
Podsjetimo da su kružna polarizacija zapravo dva ortogonalna linearno polarizirana talasa, 90 stepeni van faze. Prema tome, linearno polarizovana (LP) antena će primiti samo kružno polarizovanu (CP) faznu komponentu talasa. Stoga će LP antena imati gubitak neusklađenosti polarizacije od 0,5 (-3dB). Ovo važi bez obzira pod kojim uglom je LP antena rotirana. dakle:
Faktor gubitka polarizacije se ponekad naziva efikasnost polarizacije, faktor neusklađenosti antene ili faktor prijema antene. Sva ova imena odnose se na isti koncept.
Vrijeme objave: 22.12.2023
