Палярызацыя — адна з асноўных характарыстык антэн. Спачатку нам трэба зразумець палярызацыю плоскіх хваль. Затым мы можам абмеркаваць асноўныя тыпы палярызацыі антэн.
лінейная палярызацыя
Мы пачнем разумець палярызацыю плоскай электрамагнітнай хвалі.
Плоская электрамагнітная (ЭМ) хваля мае некалькі характарыстык. Па-першае, магутнасць распаўсюджваецца ў адным кірунку (у двух артаганальных напрамках поле не змяняецца). Па-другое, электрычнае і магнітнае поле перпендыкулярныя адно аднаму і артаганальныя адно аднаму. Электрычнае і магнітнае палі перпендыкулярныя кірунку распаўсюджвання плоскай хвалі. У якасці прыкладу разгледзім адначастотнае электрычнае поле (Е-поле), якое задаецца ўраўненнем (1). Электрамагнітнае поле распаўсюджваецца ў кірунку +z. Электрычнае поле накіравана ў кірунку +x. Магнітнае поле накіравана ў кірунку +y.
У раўнанні (1) звярніце ўвагу на абазначэнні: . Гэта адзінкавы вектар (вектар даўжыні), які азначае, што кропка электрычнага поля знаходзіцца ў напрамку x. Плоская хваля паказана на малюнку 1.
малюнак 1. Графічнае адлюстраванне электрычнага поля, якое распаўсюджваецца ў напрамку +z.
Палярызацыя — гэта форма траекторыі і формы распаўсюджвання (контура) электрычнага поля. У якасці прыкладу разгледзім ураўненне электрычнага поля плоскай хвалі (1). Мы будзем назіраць становішча, дзе электрычнае поле мае значэнне (X,Y,Z) = (0,0,0) як функцыю часу. Амплітуда гэтага поля паказана на малюнку 2 у некалькі момантаў часу. Поле вагаецца на частаце "F".
малюнак 2. Назірайце за электрычным полем (X, Y, Z) = (0,0,0) у розныя моманты часу.
Электрычнае поле назіраецца ў пачатку каардынат, вагаючыся па амплітудзе. Электрычнае поле заўсёды накіравана ўздоўж пазначанай восі X. Паколькі электрычнае поле падтрымліваецца ўздоўж адной лініі, можна сказаць, што гэтае поле лінейна палярызаванае. Акрамя таго, калі вось X паралельная зямлі, гэтае поле таксама апісваецца як гарызантальна палярызаванае. Калі поле арыентавана ўздоўж восі Y, можна сказаць, што хваля вертыкальна палярызаванае.
Лінейна палярызаваныя хвалі не абавязкова павінны быць накіраваны ўздоўж гарызантальнай або вертыкальнай восі. Напрыклад, хваля электрычнага поля з абмежаваннем, якое ляжыць уздоўж лініі, як паказана на малюнку 3, таксама будзе лінейна палярызаванай.
малюнак 3. Амплітуда электрычнага поля лінейна палярызаванай хвалі, траекторыя якой з'яўляецца вуглом.
Электрычнае поле на малюнку 3 можна апісаць ураўненнем (2). Цяпер ёсць кампаненты x і y электрычнага поля. Абедзве кампаненты аднолькавыя па памеры.
Адна рэч, якую варта адзначыць адносна ўраўнення (2), гэта xy-кампанента і электроннае поле ў другой стадыі. Гэта азначае, што абедзве кампаненты маюць аднолькавую амплітуду ва ўсе моманты часу.
кругавая палярызацыя
Цяпер выкажам здагадку, што электрычнае поле плоскай хвалі задаецца ўраўненнем (3):
У гэтым выпадку элементы X і Y знаходзяцца ў фазе зрушаныя на 90 градусаў. Калі зноў назіраць поле як (X, Y, Z) = (0,0,0), як і раней, крывая залежнасці электрычнага поля ад часу будзе выглядаць, як паказана ніжэй на малюнку 4.
Малюнак 4. Напружанасць электрычнага поля (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ вобласці. (3).
Электрычнае поле на малюнку 4 круціцца па крузе. Гэты тып поля апісваецца як цыркулярна палярызаваная хваля. Для цыркулярнай палярызацыі павінны быць выкананы наступныя крытэрыі:
- Стандарт для кругавой палярызацыі
- Электрычнае поле павінна мець дзве артаганальныя (перпендыкулярныя) кампаненты.
- Артаганальныя кампаненты электрычнага поля павінны мець аднолькавую амплітуду.
- Квадратурныя кампаненты павінны быць зрушаныя па фазе на 90 градусаў.
Калі поле круціцца па экране хвалевай фігуры 4, то кажуць, што яно круціцца супраць гадзіннікавай стрэлкі і мае правабаковую кругавую палярызацыю (RHCP). Калі ж яно круціцца па гадзіннікавай стрэлцы, яно мае левабаковую кругавую палярызацыю (LHCP).
Эліптычная палярызацыя
Калі электрычнае поле мае два перпендыкулярныя кампаненты, якія знаходзяцца ў фазе на 90 градусаў, але аднолькавай велічыні, поле будзе эліптычна палярызаваным. Разгледзім электрычнае поле плоскай хвалі, якая распаўсюджваецца ў напрамку +z, апісанае ўраўненнем (4):
Геаметрычнае месца кропкі, у якой будзе знаходзіцца вяршыня вектара электрычнага поля, паказана на малюнку 5.
Малюнак 5. Імгненнае электрычнае поле эліптычнай палярызацыйнай хвалі. (4).
Поле на малюнку 5, якое распаўсюджваецца супраць гадзіннікавай стрэлкі, будзе правабаковым эліптычным, калі выходзіць за межы экрана. Калі вектар электрычнага поля круціцца ў процілеглым кірунку, поле будзе левабаковым эліптычна палярызаваным.
Акрамя таго, эліптычная палярызацыя адносіцца да яе эксцэнтрысітэту. Стаўленне эксцэнтрысітэту да амплітуды вялікай і малой восяў. Напрыклад, эксцэнтрысітэт хвалі з ураўнення (4) складае 1/0,3 = 3,33. Эліптычна палярызаваныя хвалі далей апісваюцца напрамкам вялікай восі. Хвалевае ўраўненне (4) мае вось, якая ў асноўным складаецца з восі x. Звярніце ўвагу, што вялікая вось можа знаходзіцца пад любым вуглом плоскасці. Вугал неабавязковы для супадзення з восямі X, Y або Z. Нарэшце, важна адзначыць, што як кругавая, так і лінейная палярызацыя з'яўляюцца асобнымі выпадкамі эліптычнай палярызацыі. 1,0 эксцэнтрычная эліптычна палярызаваная хваля - гэта кругава палярызаваная хваля. Эліптычна палярызаваныя хвалі з бясконцым эксцэнтрысітэтам. Лінейна палярызаваныя хвалі.
Палярызацыя антэны
Цяпер, калі мы ведаем пра электрамагнітныя палі палярызаваных плоскіх хваль, палярызацыя антэны вызначаецца проста.
Палярызацыя антэны Ацэнка далёкага поля антэны, палярызацыя атрыманага выпраменьванага поля. Таму антэны часта называюць «лінейна палярызаванымі» або «праварукімі цыркулярна палярызаванымі антэнамі».
Гэтая простая канцэпцыя важная для антэннай сувязі. Па-першае, гарызантальна палярызаваная антэна не будзе мець зносін з вертыкальна палярызаванай антэнай. Згодна з тэарэмай узаемнасці, антэна перадае і прымае аднолькава. Такім чынам, вертыкальна палярызаваныя антэны перадаюць і прымаюць вертыкальна палярызаваныя палі. Такім чынам, калі вы паспрабуеце перадаць вертыкальна палярызаваную гарызантальна палярызаваную антэну, прыёму не будзе.
У агульным выпадку, для дзвюх лінейна палярызаваных антэн, павернутых адна адносна адной на вугал ( ), страты магутнасці з-за гэтага неадпаведнасці палярызацыі будуць апісвацца каэфіцыентам страт палярызацыі (PLF):
Такім чынам, калі дзве антэны маюць аднолькавую палярызацыю, вугал паміж іх выпраменьваючымі электроннымі палямі роўны нулю, і няма страт магутнасці з-за неадпаведнасці палярызацыі. Калі адна антэна вертыкальна палярызавана, а другая — гарызантальна палярызавана, вугал складае 90 градусаў, і магутнасць не перадаецца.
ЗАЎВАГА: Перамяшчэнне тэлефона над галавой пад рознымі вугламі тлумачыць, чаму прыём часам можа быць палепшаны. Антэны мабільных тэлефонаў звычайна лінейна палярызаваныя, таму паварот тэлефона часта можа адпавядаць яго палярызацыі, тым самым паляпшаючы прыём.
Кругавая палярызацыя з'яўляецца пажаданай характарыстыкай многіх антэн. Абедзве антэны маюць цыркулярную палярызацыю і не пакутуюць ад страты сігналу з-за неадпаведнасці палярызацыі. Антэны, якія выкарыстоўваюцца ў сістэмах GPS, маюць правую цыркулярную палярызацыю.
Цяпер дапусцім, што лінейна палярызаваная антэна прымае цыркулярна палярызаваныя хвалі. Эквівалентна дапусцім, што цыркулярна палярызаваная антэна спрабуе прымаць лінейна палярызаваныя хвалі. Які атрыманы каэфіцыент страт палярызацыі?
Нагадаем, што кругавая палярызацыя — гэта насамрэч дзве артаганальныя лінейна палярызаваныя хвалі, размешчаныя з адхіленнем у фазе на 90 градусаў. Такім чынам, лінейна палярызаваная (LP) антэна будзе прымаць толькі фазавы кампанент кругавой палярызацыі (CP). Такім чынам, страты на неадпаведнасць палярызацыі ў антэне LP складуць 0,5 (-3 дБ). Гэта праўда незалежна ад таго, пад якім вуглом павернута антэна LP. Такім чынам:
Каэфіцыент палярызацыйных страт часам называюць эфектыўнасцю палярызацыі, каэфіцыентам неадпаведнасці антэны або каэфіцыентам прыёму антэны. Усе гэтыя назвы адносяцца да аднаго паняцця.
Час публікацыі: 22 снежня 2023 г.
