La polarització és una de les característiques bàsiques de les antenes. Primer hem d'entendre la polarització de les ones planes. A continuació, podem discutir els principals tipus de polarització de l'antena.
polarització lineal
Començarem a entendre la polarització d'una ona electromagnètica plana.
Una ona electromagnètica plana (EM) té diverses característiques. La primera és que la potència viatja en una direcció (cap canvi de camp en dues direccions ortogonals). En segon lloc, el camp elèctric i el camp magnètic són perpendiculars entre si i ortogonals entre si. Els camps elèctrics i magnètics són perpendiculars a la direcció de propagació de les ones planes. Com a exemple, considereu un camp elèctric d'una sola freqüència (camp E) donat per l'equació (1). El camp electromagnètic viatja en la direcció +z. El camp elèctric es dirigeix en la direcció +x. El camp magnètic està en la direcció +y.
A l'equació (1), observeu la notació: . Aquest és un vector unitari (un vector de longitud), que diu que el punt del camp elèctric està en la direcció x. L'ona plana s'il·lustra a la figura 1.
figura 1. Representació gràfica del camp elèctric que viatja en la direcció +z.
La polarització és la forma de traça i propagació (contorn) d'un camp elèctric. Com a exemple, considereu l'equació del camp elèctric d'ona plana (1). Observarem la posició on el camp elèctric és (X,Y,Z) = (0,0,0) en funció del temps. L'amplitud d'aquest camp es representa a la figura 2, en diversos moments en el temps. El camp està oscil·lant a la freqüència "F".
figura 2. Observa el camp elèctric (X, Y, Z) = (0,0,0) en diferents moments.
El camp elèctric s'observa a l'origen, oscil·lant d'anada i tornada en amplitud. El camp elèctric es troba sempre al llarg de l'eix x indicat. Com que el camp elèctric es manté al llarg d'una única línia, es pot dir que aquest camp està polaritzat linealment. A més, si l'eix X és paral·lel al terra, aquest camp també es descriu com a polaritzat horitzontalment. Si el camp s'orienta al llarg de l'eix Y, es pot dir que l'ona està polaritzada verticalment.
Les ones polaritzades linealment no necessiten ser dirigides al llarg d'un eix horitzontal o vertical. Per exemple, una ona de camp elèctric amb una restricció al llarg d'una línia tal com es mostra a la figura 3 també estaria polaritzada linealment.
imatge 3. L'amplitud del camp elèctric d'una ona polaritzada linealment la trajectòria de la qual és un angle.
El camp elèctric de la figura 3 es pot descriure mitjançant l'equació (2). Ara hi ha una component x i y del camp elèctric. Els dos components tenen la mateixa mida.
Una cosa a tenir en compte sobre l'equació (2) és el component xy i els camps electrònics de la segona etapa. Això vol dir que tots dos components tenen la mateixa amplitud en tot moment.
polarització circular
Ara suposem que el camp elèctric d'una ona plana ve donat per l'equació (3):
En aquest cas, els elements X i Y estan 90 graus desfasats. Si el camp s'observa com (X, Y, Z) = (0,0,0) de nou com abans, la corba del camp elèctric en funció del temps apareixerà com es mostra a continuació a la figura 4.
Figura 4. Intensitat del camp elèctric (X, Y, Z) = (0,0,0) domini EQ. (3).
El camp elèctric de la figura 4 gira en cercle. Aquest tipus de camp es descriu com una ona polaritzada circularment. Per a la polarització circular, s'han de complir els criteris següents:
- Estàndard per a la polarització circular
- El camp elèctric ha de tenir dos components ortogonals (perpendiculars).
- Els components ortogonals del camp elèctric han de tenir amplituds iguals.
- Els components de quadratura han d'estar 90 graus desfasats.
Si es viatja a la pantalla Wave Figure 4, es diu que la rotació del camp és en sentit contrari a les agulles del rellotge i polaritzada circularment a la dreta (RHCP). Si el camp es gira en el sentit de les agulles del rellotge, el camp serà de polarització circular esquerra (LHCP).
Polarització el·líptica
Si el camp elèctric té dues components perpendiculars, 90 graus desfasades però d'igual magnitud, el camp estarà polaritzat el·lípticament. Tenint en compte el camp elèctric d'una ona plana que viatja en la direcció +z, descrit per l'equació (4):
El lloc geogràfic del punt en què assumirà la punta del vector de camp elèctric es mostra a la figura 5
Figura 5. Camp elèctric d'ona de polarització el·líptica ràpida. (4).
El camp de la figura 5, viatjant en sentit contrari a les agulles del rellotge, seria el·líptic a la dreta si sortia de la pantalla. Si el vector del camp elèctric gira en sentit contrari, el camp estarà polaritzat el·lípticament a l'esquerra.
A més, la polarització el·líptica fa referència a la seva excentricitat. La relació entre l'excentricitat i l'amplitud dels eixos major i menor. Per exemple, l'excentricitat de l'ona de l'equació (4) és 1/0,3 = 3,33. Les ones polaritzades el·lípticament es descriuen a més per la direcció de l'eix principal. L'equació d'ona (4) té un eix format principalment per l'eix x. Tingueu en compte que l'eix principal pot estar en qualsevol angle pla. L'angle no és necessari per ajustar-se a l'eix X, Y o Z. Finalment, és important tenir en compte que tant la polarització circular com la lineal són casos especials de polarització el·líptica. L'ona polaritzada el·lípticament excèntrica 1.0 és una ona polaritzada circularment. Ones polaritzades el·lípticament amb excentricitat infinita. Ones polaritzades linealment.
Polarització de l'antena
Ara que som conscients dels camps electromagnètics d'ones planes polaritzades, simplement es defineix la polarització d'una antena.
Polarització de l'antena Una avaluació de camp llunyà de l'antena, la polarització del camp radiat resultant. Per tant, les antenes sovint s'enumeren com a "polaritzades linealment" o "antenes polaritzades circularment per a la dreta".
Aquest concepte senzill és important per a les comunicacions d'antena. En primer lloc, una antena polaritzada horitzontalment no es comunicarà amb una antena polaritzada verticalment. A causa del teorema de reciprocitat, l'antena transmet i rep exactament de la mateixa manera. Per tant, les antenes polaritzades verticalment transmeten i reben camps polaritzats verticalment. Per tant, si intenteu transmetre una antena polaritzada horitzontalment, no hi haurà recepció.
En el cas general, per a dues antenes polaritzades linealment girades entre si per un angle ( ), la pèrdua de potència a causa d'aquest desajust de polarització es descriurà pel factor de pèrdua de polarització (PLF):
Per tant, si dues antenes tenen la mateixa polarització, l'angle entre els seus camps d'electrons radiants és zero i no hi ha pèrdua de potència a causa del desajust de polarització. Si una antena està polaritzada verticalment i l'altra horitzontalment, l'angle és de 90 graus i no es transferirà potència.
NOTA: Moure el telèfon per sobre del cap a diferents angles explica per què de vegades es pot augmentar la recepció. Les antenes dels telèfons mòbils solen estar polaritzades linealment, de manera que girar el telèfon sovint pot coincidir amb la polarització del telèfon, millorant així la recepció.
La polarització circular és una característica desitjable de moltes antenes. Les dues antenes estan polaritzades circularment i no pateixen pèrdua de senyal a causa del desajust de polarització. Les antenes utilitzades en sistemes GPS estan polaritzades circularment a la dreta.
Ara suposem que una antena polaritzada linealment rep ones polaritzades circularment. De manera equivalent, suposem que una antena polaritzada circularment intenta rebre ones polaritzades linealment. Quin és el factor de pèrdua de polarització resultant?
Recordeu que la polarització circular és en realitat dues ones ortogonals polaritzades linealment, 90 graus desfasades. Per tant, una antena polaritzada linealment (LP) només rebrà el component de fase d'ona polaritzada circularment (CP). Per tant, l'antena LP tindrà una pèrdua de desajust de polarització de 0,5 (-3 dB). Això és cert independentment de l'angle que giri l'antena LP. per tant:
El factor de pèrdua de polarització de vegades es coneix com a eficiència de polarització, factor de desajust de l'antena o factor de recepció de l'antena. Tots aquests noms fan referència al mateix concepte.
Hora de publicació: 22-12-2023
