Polarisering er en av de grunnleggende egenskapene til antenner. Vi må først forstå polariseringen av plane bølger. Vi kan deretter diskutere hovedtypene for antennepolarisering.
lineær polarisering
Vi vil begynne å forstå polarisasjonen av en plan elektromagnetisk bølge.
En plan elektromagnetisk (EM) bølge har flere egenskaper. Den første er at kraften beveger seg i én retning (ingen feltendringer i to ortogonale retninger). For det andre er det elektriske feltet og det magnetiske feltet vinkelrett på hverandre og ortogonale på hverandre. Elektriske og magnetiske felt er vinkelrett på retningen av planbølgeutbredelse. Som et eksempel, betrakt et enkelt-frekvens elektrisk felt (E-felt) gitt av ligning (1). Det elektromagnetiske feltet beveger seg i +z-retningen. Det elektriske feltet er rettet i +x-retningen. Magnetfeltet er i +y-retningen.
I ligning (1), observer notasjonen: . Dette er en enhetsvektor (en vektor med lengde), som sier at det elektriske feltpunktet er i x-retningen. Den plane bølgen er illustrert i figur 1.
figur 1. Grafisk representasjon av det elektriske feltet som beveger seg i +z-retningen.
Polarisering er sporet og forplantningsformen (kontur) av et elektrisk felt. Som et eksempel, se på ligningen for planbølge elektriske felt (1). Vi vil observere posisjonen der det elektriske feltet er (X,Y,Z) = (0,0,0) som funksjon av tiden. Amplituden til dette feltet er plottet i figur 2, ved flere tider. Feltet oscillerer ved frekvens "F".
figur 2. Observer det elektriske feltet (X, Y, Z) = (0,0,0) til forskjellige tider.
Det elektriske feltet observeres ved origo, og svinger frem og tilbake i amplitude. Det elektriske feltet er alltid langs den indikerte x-aksen. Siden det elektriske feltet opprettholdes langs en enkelt linje, kan dette feltet sies å være lineært polarisert. I tillegg, hvis X-aksen er parallell med bakken, beskrives dette feltet også som horisontalt polarisert. Hvis feltet er orientert langs Y-aksen, kan bølgen sies å være vertikalt polarisert.
Lineært polariserte bølger trenger ikke å rettes langs en horisontal eller vertikal akse. For eksempel vil en elektrisk feltbølge med en begrensning som ligger langs en linje som vist i figur 3 også være lineært polarisert.
bilde 3. Den elektriske feltamplituden til en lineært polarisert bølge hvis bane er en vinkel.
Det elektriske feltet i figur 3 kan beskrives ved ligning (2). Nå er det en x- og y-komponent av det elektriske feltet. Begge komponentene er like store.
En ting å merke seg om ligning (2) er xy-komponenten og elektroniske felt i det andre trinnet. Dette betyr at begge komponentene har samme amplitude til enhver tid.
sirkulær polarisering
Anta nå at det elektriske feltet til en plan bølge er gitt av ligning (3):
I dette tilfellet er X- og Y-elementene 90 grader ute av fase. Hvis feltet observeres som (X, Y, Z) = (0,0,0) igjen som før, vil kurven for det elektriske feltet mot tid vises som vist nedenfor i figur 4.
Figur 4. Elektrisk feltstyrke (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ-domene. (3).
Det elektriske feltet i figur 4 roterer i en sirkel. Denne typen felt er beskrevet som en sirkulært polarisert bølge. For sirkulær polarisering må følgende kriterier være oppfylt:
- Standard for sirkulær polarisering
- Det elektriske feltet må ha to ortogonale (vinkelrette) komponenter.
- De ortogonale komponentene i det elektriske feltet må ha like amplituder.
- Kvadraturkomponentene må være 90 grader ute av fase.
Hvis du reiser på Wave Figure 4-skjermen, sies feltrotasjonen å være mot klokken og høyrehendt sirkulært polarisert (RHCP). Hvis feltet roteres med klokken, vil feltet være venstrehånds sirkulær polarisering (LHCP).
Elliptisk polarisering
Hvis det elektriske feltet har to vinkelrette komponenter, 90 grader ut av fase, men av samme størrelse, vil feltet være elliptisk polarisert. Tatt i betraktning det elektriske feltet til en plan bølge som beveger seg i +z-retningen, beskrevet av ligning (4):
Lokuset til punktet der spissen av den elektriske feltvektoren vil anta er gitt i figur 5
Figur 5. Spør elliptisk polarisasjonsbølge elektrisk felt. (4).
Feltet i figur 5, som beveger seg mot klokken, vil være høyrehendt elliptisk hvis det beveger seg ut av skjermen. Hvis den elektriske feltvektoren roterer i motsatt retning, vil feltet være venstrehendt elliptisk polarisert.
Videre refererer elliptisk polarisering til dens eksentrisitet. Forholdet mellom eksentrisitet og amplituden til hoved- og småaksene. For eksempel er bølgeeksentrisiteten fra ligning (4) 1/0,3= 3,33. Elliptisk polariserte bølger beskrives videre ved retningen til hovedaksen. Bølgeligningen (4) har en akse som primært består av x-aksen. Merk at hovedaksen kan være i hvilken som helst plan vinkel. Vinkelen er ikke nødvendig for å passe til X-, Y- eller Z-aksen. Til slutt er det viktig å merke seg at både sirkulær og lineær polarisering er spesielle tilfeller av elliptisk polarisering. 1,0 eksentrisk elliptisk polarisert bølge er en sirkulært polarisert bølge. Elliptisk polariserte bølger med uendelig eksentrisitet. Lineært polariserte bølger.
Antennepolarisering
Nå som vi er klar over polariserte planbølgeelektromagnetiske felt, er polarisasjonen til en antenne ganske enkelt definert.
Antenne Polarization En antenne fjernfelt-evaluering, polariseringen av det resulterende utstrålte feltet. Derfor er antenner ofte oppført som "lineært polariserte" eller "høyrehendte sirkulært polariserte antenner".
Dette enkle konseptet er viktig for antennekommunikasjon. For det første vil ikke en horisontalt polarisert antenne kommunisere med en vertikalt polarisert antenne. På grunn av gjensidighetsteoremet sender og mottar antennen på nøyaktig samme måte. Derfor sender og mottar vertikalt polariserte antenner vertikalt polariserte felt. Derfor, hvis du prøver å formidle en vertikalt polarisert horisontalt polarisert antenne, vil det ikke være noen mottak.
I det generelle tilfellet, for to lineært polariserte antenner rotert i forhold til hverandre med en vinkel ( ), vil effekttapet på grunn av dette polarisasjonsmisforholdet bli beskrevet av polarisasjonstapsfaktoren (PLF):
Derfor, hvis to antenner har samme polarisering, er vinkelen mellom deres utstrålende elektronfelt null, og det er ikke noe effekttap på grunn av polarisasjonsfeil. Hvis en antenne er vertikalt polarisert og den andre er horisontalt polarisert, er vinkelen 90 grader, og ingen strøm overføres.
MERK: Å flytte telefonen over hodet til forskjellige vinkler forklarer hvorfor mottaket noen ganger kan økes. Mobiltelefonantenner er vanligvis lineært polariserte, så rotering av telefonen kan ofte matche polarisasjonen til telefonen, og dermed forbedre mottaket.
Sirkulær polarisering er en ønskelig egenskap for mange antenner. Begge antennene er sirkulært polariserte og lider ikke av signaltap på grunn av polarisasjonsfeil. Antenner som brukes i GPS-systemer er sirkulært polarisert på høyre side.
Anta nå at en lineært polarisert antenne mottar sirkulært polariserte bølger. Tilsvarende, anta at en sirkulært polarisert antenne forsøker å motta lineært polariserte bølger. Hva er den resulterende polarisasjonstapfaktoren?
Husk at sirkulær polarisering faktisk er to ortogonale lineært polariserte bølger, 90 grader ut av fase. Derfor vil en lineært polarisert (LP) antenne kun motta den sirkulært polariserte (CP) bølgefasekomponenten. Derfor vil LP-antennen ha et polarisasjonsmistilpasningstap på 0,5 (-3dB). Dette gjelder uansett hvilken vinkel LP-antennen roteres. derfor:
Polarisasjonstapsfaktor blir noen ganger referert til som polarisasjonseffektivitet, antennemismatchfaktor eller antennemottaksfaktor. Alle disse navnene refererer til det samme konseptet.
Innleggstid: 22. desember 2023
