Polarisering är en av de grundläggande egenskaperna hos antenner. Vi måste först förstå polariseringen av plana vågor. Vi kan sedan diskutera huvudtyperna av antennpolarisering.
linjär polarisering
Vi kommer att börja förstå polariseringen av en plan elektromagnetisk våg.
En plan elektromagnetisk (EM) våg har flera egenskaper. Den första är att kraften går i en riktning (inga fältförändringar i två ortogonala riktningar). För det andra är det elektriska fältet och magnetfältet vinkelräta mot varandra och ortogonala mot varandra. Elektriska och magnetiska fält är vinkelräta mot riktningen för planvågsutbredning. Som ett exempel, betrakta ett enfrekvent elektriskt fält (E-fält) givet av ekvation (1). Det elektromagnetiska fältet rör sig i +z-riktningen. Det elektriska fältet är riktat i +x-riktningen. Magnetfältet är i +y-riktningen.
I ekvation (1), observera notationen: . Detta är en enhetsvektor (en vektor av längd), som säger att det elektriska fältet är i x-riktningen. Den plana vågen illustreras i figur 1.
figur 1. Grafisk representation av det elektriska fältet som rör sig i +z-riktningen.
Polarisation är spåret och fortplantningsformen (kontur) av ett elektriskt fält. Som ett exempel, betrakta planvågens elektriska fältekvation (1). Vi kommer att observera läget där det elektriska fältet är (X,Y,Z) = (0,0,0) som en funktion av tiden. Amplituden för detta fält är avsatt i figur 2, vid flera tillfällen i tiden. Fältet oscillerar vid frekvensen "F".
figur 2. Observera det elektriska fältet (X, Y, Z) = (0,0,0) vid olika tidpunkter.
Det elektriska fältet observeras vid origo och svänger fram och tillbaka i amplitud. Det elektriska fältet är alltid längs den indikerade x-axeln. Eftersom det elektriska fältet upprätthålls längs en enda linje, kan detta fält sägas vara linjärt polariserat. Dessutom, om X-axeln är parallell med marken, beskrivs detta fält också som horisontellt polariserat. Om fältet är orienterat längs Y-axeln kan vågen sägas vara vertikalt polariserad.
Linjärt polariserade vågor behöver inte riktas längs en horisontell eller vertikal axel. Till exempel skulle en elektrisk fältvåg med en begränsning som ligger längs en linje som visas i figur 3 också vara linjärt polariserad.
bild 3. Det elektriska fältets amplitud för en linjärt polariserad våg vars bana är en vinkel.
Det elektriska fältet i figur 3 kan beskrivas med ekvation (2). Nu finns det en x- och y-komponent av det elektriska fältet. Båda komponenterna är lika stora.
En sak att notera om ekvation (2) är xy-komponenten och elektroniska fält i det andra steget. Detta innebär att båda komponenterna har samma amplitud hela tiden.
cirkulär polarisering
Antag nu att det elektriska fältet för en plan våg ges av ekvation (3):
I detta fall är X- och Y-elementen 90 grader ur fas. Om fältet observeras som (X, Y, Z) = (0,0,0) igen som tidigare, kommer kurvan för det elektriska fältet mot tiden att visas som visas nedan i figur 4.
Figur 4. Elektrisk fältstyrka (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ-domän. (3).
Det elektriska fältet i figur 4 roterar i en cirkel. Denna typ av fält beskrivs som en cirkulärt polariserad våg. För cirkulär polarisering måste följande kriterier uppfyllas:
- Standard för cirkulär polarisering
- Det elektriska fältet måste ha två ortogonala (vinkelräta) komponenter.
- De ortogonala komponenterna i det elektriska fältet måste ha lika amplituder.
- Kvadraturkomponenterna måste vara 90 grader ur fas.
Om man färdas på skärmen Wave Figur 4, sägs fältrotationen vara moturs och högerhänt cirkulärt polariserad (RHCP). Om fältet roteras medurs kommer fältet att vara vänsterhänt cirkulär polarisation (LHCP).
Elliptisk polarisering
Om det elektriska fältet har två vinkelräta komponenter, 90 grader ur fas men av samma storlek, kommer fältet att vara elliptiskt polariserat. Med tanke på det elektriska fältet för en plan våg som rör sig i +z-riktningen, beskrivet av ekvation (4):
Lokuset för den punkt där spetsen av den elektriska fältvektorn kommer att antas ges i figur 5
Figur 5. Snabb elliptisk polarisationsvåg elektriskt fält. (4).
Fältet i figur 5, som rör sig moturs, skulle vara högerhänt elliptiskt om det rör sig ut från skärmen. Om den elektriska fältvektorn roterar i motsatt riktning kommer fältet att vara vänsterhänt elliptiskt polariserat.
Dessutom hänvisar elliptisk polarisation till dess excentricitet. Förhållandet mellan excentricitet och amplituden för de stora och små axlarna. Till exempel är vågexcentriciteten från ekvation (4) 1/0,3= 3,33. Elliptiskt polariserade vågor beskrivs vidare av huvudaxelns riktning. Vågekvationen (4) har en axel som huvudsakligen består av x-axeln. Observera att huvudaxeln kan vara i vilken plan vinkel som helst. Vinkeln krävs inte för att passa X-, Y- eller Z-axeln. Slutligen är det viktigt att notera att både cirkulär och linjär polarisation är specialfall av elliptisk polarisation. 1,0 excentrisk elliptiskt polariserad våg är en cirkulärt polariserad våg. Elliptiskt polariserade vågor med oändlig excentricitet. Linjärt polariserade vågor.
Antennpolarisering
Nu när vi är medvetna om polariserade planvågselektromagnetiska fält, är polariseringen av en antenn enkelt definierad.
Antennpolarisation En antenn-fjärrfältsutvärdering, polariseringen av det resulterande utstrålade fältet. Därför listas antenner ofta som "linjärt polariserade" eller "högerhänta cirkulärt polariserade antenner".
Detta enkla koncept är viktigt för antennkommunikation. För det första kommer en horisontellt polariserad antenn inte att kommunicera med en vertikalt polariserad antenn. På grund av reciprocitetssatsen sänder och tar antennen emot på exakt samma sätt. Därför sänder och tar emot vertikalt polariserade antenner vertikalt polariserade fält. Därför, om du försöker förmedla en vertikalt polariserad horisontellt polariserad antenn, blir det ingen mottagning.
I det allmänna fallet, för två linjärt polariserade antenner som roteras i förhållande till varandra med en vinkel ( ), kommer effektförlusten på grund av denna polarisationsfelanpassning att beskrivas av polarisationsförlustfaktorn (PLF):
Därför, om två antenner har samma polarisation, är vinkeln mellan deras utstrålande elektronfält noll och det finns ingen effektförlust på grund av polarisationsfel. Om en antenn är vertikalt polariserad och den andra är horisontellt polariserad, är vinkeln 90 grader, och ingen ström kommer att överföras.
OBS: Att flytta telefonen över huvudet till olika vinklar förklarar varför mottagningen ibland kan ökas. Mobiltelefonantenner är vanligtvis linjärt polariserade, så att rotera telefonen kan ofta matcha telefonens polarisering, vilket förbättrar mottagningen.
Cirkulär polarisation är en önskvärd egenskap hos många antenner. Båda antennerna är cirkulärt polariserade och lider inte av signalförlust på grund av polarisationsfel. Antenner som används i GPS-system är cirkulärt polariserade till höger.
Antag nu att en linjärt polariserad antenn tar emot cirkulärt polariserade vågor. Antag på motsvarande sätt att en cirkulärt polariserad antenn försöker ta emot linjärt polariserade vågor. Vad är den resulterande polarisationsförlustfaktorn?
Kom ihåg att cirkulär polarisation faktiskt är två ortogonala linjärt polariserade vågor, 90 grader ur fas. Därför kommer en linjärt polariserad (LP) antenn endast att ta emot den cirkulärt polariserade (CP) vågfaskomponenten. Därför kommer LP-antennen att ha en polarisationsfelanpassningsförlust på 0,5 (-3dB). Detta gäller oavsett vilken vinkel LP-antennen vrids. därför:
Polarisationsförlustfaktor kallas ibland för polarisationseffektivitet, antennfelanpassningsfaktor eller antennmottagningsfaktor. Alla dessa namn hänvisar till samma koncept.
Posttid: 2023-12-22
