La polarització és una de les característiques bàsiques de les antenes. Primer cal entendre la polarització de les ones planes. A continuació, podem parlar dels principals tipus de polarització d'antenes.
polarització lineal
Començarem a entendre la polarització d'una ona electromagnètica plana.
Una ona electromagnètica (EM) planar té diverses característiques. La primera és que la potència viatja en una direcció (cap camp canvia en dues direccions ortogonals). En segon lloc, el camp elèctric i el camp magnètic són perpendiculars entre si i ortogonals entre si. Els camps elèctric i magnètic són perpendiculars a la direcció de propagació de l'ona plana. Com a exemple, considerem un camp elèctric de freqüència única (camp E) donat per l'equació (1). El camp electromagnètic viatja en la direcció +z. El camp elèctric està dirigit en la direcció +x. El camp magnètic és en la direcció +y.
A l'equació (1), observeu la notació: . Aquest és un vector unitari (un vector de longitud), que indica que el punt del camp elèctric es troba 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 traça i la forma de propagació (contorn) d'un camp elèctric. Com a exemple, considerem 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 instants del temps. El camp oscil·la a la freqüència "F".
figura 2. Observeu el camp elèctric (X, Y, Z) = (0,0,0) en diferents moments.
El camp elèctric s'observa a l'origen, oscil·lant endavant i enrere en amplitud. El camp elèctric sempre es troba al llarg de l'eix x indicat. Com que el camp elèctric es manté al llarg d'una sola 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 està orientat al llarg de l'eix Y, es pot dir que l'ona està polaritzada verticalment.
Les ones polaritzades linealment no necessiten dirigir-se al llarg d'un eix horitzontal o vertical. Per exemple, una ona de camp elèctric amb una restricció que es troba al llarg d'una línia 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 un component x i y del camp elèctric. Ambdues components són iguals en mida.
Una cosa a tenir en compte sobre l'equació (2) és el component xy i els camps electrònics de la segona etapa. Això significa que ambdós 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 desfasats 90 graus. Si el camp s'observa com a (X, Y, Z) = (0,0,0) de nou com abans, la corba del camp elèctric en funció del temps apareixerà tal com es mostra 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 dues components ortogonals (perpendiculars).
- Les components ortogonals del camp elèctric han de tenir amplituds iguals.
- Els components en quadratura han d'estar 90 graus desfasats.
Si es viatja per la pantalla Wave Figure 4, es diu que la rotació del camp és en sentit antihorari i polaritzada circularment cap a la dreta (RHCP). Si el camp gira en sentit horari, el camp serà de polarització circular cap a l'esquerra (LHCP).
Polarització el·líptica
Si el camp elèctric té dues components perpendiculars, 90 graus desfasades però de la mateixa magnitud, el camp estarà polaritzat el·lípticament. Considerant el camp elèctric d'una ona plana que viatja en la direcció +z, descrit per l'equació (4):
El lloc geomètric del punt on assumirà la punta del vector del camp elèctric es dóna a la Figura 5
Figura 5. Camp elèctric d'ona de polarització el·líptica immediata. (4).
El camp de la Figura 5, que viatja en sentit antihorari, seria el·líptic dextrogir si viatgés fora de la pantalla. Si el vector del camp elèctric gira en la direcció oposada, el camp tindrà una polarització el·líptica esquerrogira.
A més, la polarització el·líptica es refereix 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 més a fons per la direcció de l'eix major. L'equació d'ona (4) té un eix que consisteix principalment en l'eix x. Cal tenir en compte que l'eix major pot estar en qualsevol angle del pla. No cal que l'angle s'ajusti 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. Una 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 coneixem els camps electromagnètics d'ona plana polaritzada, la polarització d'una antena es defineix de manera senzilla.
Polarització de l'antena Una avaluació de camp llunyà d'una antena, la polarització del camp radiat resultant. Per tant, les antenes sovint es classifiquen com a "polaritzades linealment" o "antenes polaritzades circularment a la dreta".
Aquest concepte simple 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 verticalment i horitzontalment, no hi haurà recepció.
En el cas general, per a dues antenes polaritzades linealment girades l'una respecte a l'altra un angle ( ), la pèrdua de potència deguda a aquest desajust de polarització es descriurà mitjançant el 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 de la desajust de polarització. Si una antena està polaritzada verticalment i l'altra està polaritzada horitzontalment, l'angle és de 90 graus i no es transferirà cap 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. Ambdues antenes tenen polarització circular i no pateixen pèrdua de senyal a causa de la desajust de polarització. Les antenes utilitzades en els sistemes GPS tenen polarització circular 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 són en realitat dues ones ortogonals polaritzades linealment, 90 graus desfasades. Per tant, una antena polaritzada linealment (LP) només rebrà el component de fase de l'ona polaritzada circularment (CP). Per tant, l'antena LP tindrà una pèrdua per desajust de polarització de 0,5 (-3dB). Això és cert independentment de l'angle en què es giri l'antena LP. Per tant:
El factor de pèrdua de polarització a vegades s'anomena eficiència de polarització, factor de desajust d'antena o factor de recepció d'antena. Tots aquests noms fan referència al mateix concepte.
Data de publicació: 22 de desembre de 2023
