Polarizacija je jedna od osnovnih karakteristika antena. Prvo moramo razumjeti polarizaciju ravnih talasa. Zatim možemo razgovarati o glavnim tipovima polarizacije antene.
linearna polarizacija
Počećemo da shvatamo polarizaciju ravnog elektromagnetnog talasa.
Planarni elektromagnetni (EM) talas ima nekoliko karakteristika. Prva je da se snaga kreće u jednom smjeru (polje se ne mijenja u dva ortogonalna smjera). Drugo, električno i magnetno polje su međusobno okomiti i ortogonalni jedno na drugo. Električno i magnetno polje su okomita na smjer širenja ravnog talasa. Kao primjer, razmotrimo električno polje jedne frekvencije (E polje) dato jednačinom (1). Elektromagnetsno polje se kreće 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 se tačka električnog polja nalazi u pravcu x. Ravni talas je ilustrovan na Slici 1.
slika 1. Grafički prikaz električnog polja koje se kreće u +z smjeru.
Polarizacija je oblik traga i širenja (kontura) električnog polja. Kao primjer, razmotrimo jednačinu električnog polja ravnog vala (1). Posmatraćemo položaj gdje je električno polje (X,Y,Z) = (0,0,0) kao funkciju vremena. Amplituda ovog polja je prikazana na Slici 2, u nekoliko trenutaka u vremenu. Polje osciluje na frekvenciji "F".
slika 2. Posmatrajte električno polje (X, Y, Z) = (0,0,0) u različitim vremenskim trenucima.
Električno polje se posmatra u ishodištu, oscilirajući naprijed-nazad u amplitudi. Električno polje je uvijek duž naznačene x-ose. Budući da se električno polje održava duž jedne linije, može se reći da je ovo polje linearno polarizirano. Osim toga, ako je X-osa paralelna sa tlom, ovo polje se također opisuje kao horizontalno polarizirano. Ako je polje orijentirano duž Y-ose, može se reći da je val vertikalno polariziran.
Linearno polarizovani talasi ne moraju biti usmereni duž horizontalne ili vertikalne ose. Na primer, talas električnog polja sa ograničenjem koje leži duž linije kao što je prikazano na Slici 3 takođe bi bio linearno polarizovan.
slika 3. Amplituda električnog polja linearno polariziranog vala čija je putanja ugao.
Električno polje na Slici 3 može se opisati jednačinom (2). Sada postoji x i y komponenta električnog polja. Obje komponente su jednake veličine.
Jedna stvar koju treba napomenuti u vezi s jednačinom (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 talasa dato jednačinom (3):
U ovom slučaju, X- i Y-elementi su 90 stepeni van faze. Ako se polje ponovo posmatra kao (X, Y, Z) = (0,0,0) kao i prije, krivulja električnog polja u odnosu na vrijeme će se pojaviti kao što je prikazano ispod na Slici 4.
Slika 4. Jačina električnog polja (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ domen. (3).
Električno polje na Slici 4 rotira 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 se kreće po ekranu Wave Figure 4, kaže se da je rotacija polja suprotna od kazaljke na satu i desno kružno polarizirana (RHCP). Ako se polje rotira u smjeru kazaljke na satu, polje će biti lijevo kružno polarizirano (LHCP).
Eliptična polarizacija
Ako električno polje ima dvije okomite komponente, 90 stepeni van faze, ali jednake veličine, polje će biti eliptično polarizovano. Uzimajući u obzir električno polje ravnog talasa koji se kreće u +z pravcu, opisano jednačinom (4):
Lokus tačke u kojoj će se nalaziti vrh vektora električnog polja dat je na Slici 5.
Slika 5. Električno polje eliptičnog polarizacijskog vala promptne struje. (4).
Polje na Slici 5, koje se kreće u smjeru suprotnom od kazaljke na satu, bilo bi desno eliptično ako bi se kretalo izvan ekrana. Ako se vektor električnog polja okreće u suprotnom smjeru, polje će biti lijevo eliptično polarizirano.
Nadalje, eliptična polarizacija odnosi se na njenu ekscentričnost. Odnos ekscentričnosti i amplitude glavne i sporedne ose. Na primjer, ekscentričnost vala iz jednačine (4) je 1/0,3 = 3,33. Eliptično polarizirani valovi su dalje opisani smjerom glavne ose. Jednačina vala (4) ima osu koja se prvenstveno sastoji od x-ose. Treba napomenuti da glavna osa može biti pod bilo kojim uglom ravni. Ugao nije potreban da bi se prilagodio X, Y ili Z osi. Konačno, važno je napomenuti da su i kružna i linearna polarizacija specijalni slučajevi eliptične polarizacije. 1,0 ekscentrični eliptično polarizirani val je kružno polarizirani val. Eliptično polarizirani valovi s beskonačnom ekscentricitetom. Linearno polarizirani valovi.
Polarizacija antene
Sada kada smo svjesni elektromagnetnih polja polarizovanih ravnih talasa, polarizacija antene se jednostavno definiše.
Polarizacija antene Procjena dalekog polja antene, polarizacija rezultirajućeg zračenog polja. Stoga se antene često navode kao "linearno polarizirane" ili "desno kružno polarizirane antene".
Ovaj jednostavan koncept je važan za antensku komunikaciju. Prvo, horizontalno polarizirana antena neće komunicirati s vertikalno polariziranom antenom. Zbog teorema reciprociteta, antena odašilje i prima na potpuno isti način. Stoga, vertikalno polarizirane antene odašilju i primaju vertikalno polarizirana polja. Stoga, ako pokušate prenijeti vertikalno polariziranu horizontalno polariziranu antenu, neće biti prijema.
U opštem slučaju, za dvije linearno polarizovane antene rotirane jedna u odnosu na drugu za ugao ( ), gubitak snage zbog ove neusklađenosti polarizacije biće opisan faktorom gubitka polarizacije (PLF):
Stoga, 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 polarizirana, a druga horizontalno polarizirana, ugao je 90 stepeni i neće se prenositi snaga.
NAPOMENA: Pomicanje telefona iznad glave pod različitim uglovima objašnjava zašto se prijem ponekad može poboljšati. Antene mobilnih telefona su obično linearno polarizirane, tako da rotiranje telefona često može uskladiti polarizaciju 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 polarizirane.
Sada pretpostavimo da linearno polarizovana antena prima cirkularno polarizovane talase. Ekvivalentno, pretpostavimo da cirkularno polarizovana antena pokušava da primi linearno polarizovane talase. Koji je rezultujući faktor gubitka polarizacije?
Podsjetimo se da je kružna polarizacija zapravo dva ortogonalna linearno polarizirana vala, 90 stepeni izvan faze. Stoga će linearno polarizirana (LP) antena primati samo faznu komponentu kružno polariziranog (CP) vala. Stoga će LP antena imati gubitak neusklađenosti polarizacije od 0,5 (-3dB). Ovo vrijedi bez obzira pod kojim uglom je LP antena rotirana. Stoga:
Faktor gubitka polarizacije se ponekad naziva efikasnost polarizacije, faktor neusklađenosti antene ili faktor prijema antene. Sva ova imena se odnose na isti koncept.
Vrijeme objave: 22. decembar 2023.
