Polarizace je jednou ze základních vlastností antén. Nejprve musíme pochopit polarizaci rovinných vln. Poté můžeme diskutovat o hlavních typech polarizace antény.
lineární polarizace
Začneme chápat polarizaci rovinné elektromagnetické vlny.
Planární elektromagnetická (EM) vlna má několik charakteristik. První je, že výkon se šíří jedním směrem (ve dvou ortogonálních směrech se nemění žádné pole). Za druhé, elektrické pole a magnetické pole jsou na sebe kolmé a navzájem ortogonální. Elektrická a magnetická pole jsou kolmá ke směru šíření rovinné vlny. Jako příklad uvažujme jednofrekvenční elektrické pole (E pole) dané rovnicí (1). Elektromagnetické pole se pohybuje ve směru +z. Elektrické pole je směrováno ve směru +x. Magnetické pole je ve směru +y.
V rovnici (1) dodržujte zápis: . Toto je jednotkový vektor (vektor délky), který říká, že bod elektrického pole je ve směru x. Rovinná vlna je znázorněna na obrázku 1.
obrázek 1. Grafické znázornění elektrického pole pohybujícího se ve směru +z.
Polarizace je tvar stopy a šíření (obrys) elektrického pole. Jako příklad uvažujme rovnici elektrického pole rovinné vlny (1). Budeme sledovat polohu, kde je elektrické pole (X,Y,Z) = (0,0,0) jako funkci času. Amplituda tohoto pole je vynesena na obrázku 2 v několika časových okamžicích. Pole kmitá na frekvenci "F".
obrázek 2. Pozorujte elektrické pole (X, Y, Z) = (0,0,0) v různých časech.
Elektrické pole je pozorováno v počátku, osciluje tam a zpět v amplitudě. Elektrické pole je vždy podél vyznačené osy x. Protože elektrické pole je udržováno podél jediné linie, lze toto pole označit za lineárně polarizované. Navíc, pokud je osa X rovnoběžná se zemí, je toto pole také popsáno jako horizontálně polarizované. Pokud je pole orientováno podél osy Y, lze říci, že vlna je vertikálně polarizovaná.
Lineárně polarizované vlny nemusí být směrovány podél vodorovné nebo svislé osy. Například vlna elektrického pole s omezením ležícím podél čáry, jak je znázorněno na obrázku 3, by byla také lineárně polarizovaná.
obrázek 3. Amplituda elektrického pole lineárně polarizované vlny, jejíž dráha je úhel.
Elektrické pole na obrázku 3 lze popsat rovnicí (2). Nyní existuje x a y složka elektrického pole. Obě složky jsou stejně velké.
Jedna věc, kterou je třeba poznamenat u rovnice (2), je složka xy a elektronická pole ve druhé fázi. To znamená, že obě složky mají vždy stejnou amplitudu.
kruhová polarizace
Nyní předpokládejme, že elektrické pole rovinné vlny je dáno rovnicí (3):
V tomto případě jsou prvky X a Y fázově posunuty o 90 stupňů. Pokud je pole pozorováno jako (X, Y, Z) = (0,0,0) opět jako dříve, objeví se křivka závislosti elektrického pole na čase, jak je znázorněno níže na obrázku 4.
Obrázek 4. Síla elektrického pole (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ doména. (3).
Elektrické pole na obrázku 4 rotuje v kruhu. Tento typ pole je popsán jako kruhově polarizovaná vlna. Pro kruhovou polarizaci musí být splněna následující kritéria:
- Standardní pro kruhovou polarizaci
- Elektrické pole musí mít dvě ortogonální (kolmé) složky.
- Ortogonální složky elektrického pole musí mít stejnou amplitudu.
- Kvadraturní složky musí být fázově posunuty o 90 stupňů.
Pokud se pohybujete na obrazovce Wave Figure 4, rotace pole je považována za proti směru hodinových ručiček a pravotočivou kruhově polarizovanou (RHCP). Pokud se pole otočí ve směru hodinových ručiček, pole bude mít levotočivou kruhovou polarizaci (LHCP).
Eliptická polarizace
Pokud má elektrické pole dvě kolmé složky, 90 stupňů mimo fázi, ale stejné velikosti, bude pole elipticky polarizované. Uvažujme elektrické pole rovinné vlny pohybující se ve směru +z, popsané rovnicí (4):
Místo bodu, ve kterém zaujme vrchol vektoru elektrického pole, je uvedeno na obrázku 5
Obrázek 5. Pohotové elektrické pole eliptické polarizace. (4).
Pole na obrázku 5, pohybující se proti směru hodinových ručiček, by bylo pravotočivé eliptické, pokud by se pohybovalo mimo obrazovku. Pokud se vektor elektrického pole otáčí v opačném směru, pole bude levotočivé elipticky polarizované.
Kromě toho eliptická polarizace odkazuje na její excentricitu. Poměr excentricity k amplitudě hlavní a vedlejší osy. Například excentricita vlny z rovnice (4) je 1/0,3= 3,33. Elipticky polarizované vlny jsou dále popsány směrem hlavní osy. Vlnová rovnice (4) má osu sestávající primárně z osy x. Všimněte si, že hlavní osa může být v libovolném rovinném úhlu. Úhel není vyžadován pro přizpůsobení osám X, Y nebo Z. Nakonec je důležité poznamenat, že kruhová i lineární polarizace jsou speciální případy eliptické polarizace. 1,0 excentrická elipticky polarizovaná vlna je kruhově polarizovaná vlna. Elipticky polarizované vlny s nekonečnou excentricitou. Lineárně polarizované vlny.
Polarizace antény
Nyní, když jsme si vědomi polarizovaných elektromagnetických polí rovinných vln, je polarizace antény jednoduše definována.
Polarizace antény Vyhodnocení vzdáleného pole antény, polarizace výsledného vyzařovaného pole. Proto jsou antény často uváděny jako „lineárně polarizované“ nebo „pravotočivé kruhově polarizované antény“.
Tento jednoduchý koncept je důležitý pro anténní komunikaci. Za prvé, horizontálně polarizovaná anténa nebude komunikovat s vertikálně polarizovanou anténou. Díky teorému reciprocity anténa vysílá a přijímá naprosto stejným způsobem. Proto vertikálně polarizované antény vysílají a přijímají vertikálně polarizovaná pole. Pokud se tedy pokusíte přenést vertikálně polarizovanou horizontálně polarizovanou anténu, nebude příjem.
V obecném případě pro dvě lineárně polarizované antény otočené vůči sobě o úhel ( ), bude ztráta výkonu v důsledku tohoto polarizačního nesouladu popsána faktorem polarizační ztráty (PLF):
Pokud tedy dvě antény mají stejnou polarizaci, úhel mezi jejich vyzařujícími elektronovými poli je nulový a nedochází k žádné ztrátě výkonu v důsledku polarizačního nesouladu. Pokud je jedna anténa polarizována vertikálně a druhá horizontálně, úhel je 90 stupňů a nebude přenášen žádný výkon.
POZNÁMKA: Pohyb telefonu nad hlavou do různých úhlů vysvětluje, proč může být příjem někdy zvýšen. Antény mobilních telefonů jsou obvykle lineárně polarizované, takže otáčení telefonu může často odpovídat polarizaci telefonu, čímž se zlepší příjem.
Kruhová polarizace je žádoucí charakteristikou mnoha antén. Obě antény jsou kruhově polarizované a netrpí ztrátou signálu v důsledku polarizačního nesouladu. Antény používané v systémech GPS jsou kruhově polarizované vpravo.
Nyní předpokládejme, že lineárně polarizovaná anténa přijímá kruhově polarizované vlny. Ekvivalentně předpokládejme, že kruhově polarizovaná anténa se pokouší přijímat lineárně polarizované vlny. Jaký je výsledný polarizační ztrátový činitel?
Připomeňme, že kruhová polarizace jsou ve skutečnosti dvě ortogonální lineárně polarizované vlny, o 90 stupňů mimo fázi. Proto lineárně polarizovaná (LP) anténa bude přijímat pouze kruhově polarizovanou (CP) vlnovou fázovou složku. Proto bude mít LP anténa ztrátu polarizačního nesouladu 0,5 (-3dB). To platí bez ohledu na to, v jakém úhlu je LP anténa natočena. proto:
Faktor polarizační ztráty se někdy označuje jako účinnost polarizace, faktor nesouladu antény nebo faktor příjmu antény. Všechny tyto názvy odkazují na stejný koncept.
Čas odeslání: 22. prosince 2023
