A polarización é unha das características básicas das antenas. Primeiro necesitamos comprender a polarización das ondas planas. Despois podemos discutir os principais tipos de polarización da antena.
polarización lineal
Comezaremos a comprender a polarización dunha onda electromagnética plana.
Unha onda electromagnética plana (EM) ten varias características. O primeiro é que a potencia viaxa nunha dirección (ningún campo cambia en dúas direccións ortogonais). En segundo lugar, o campo eléctrico e o campo magnético son perpendiculares entre si e ortogonais entre si. Os campos eléctricos e magnéticos son perpendiculares á dirección de propagación da onda plana. Como exemplo, considere un campo eléctrico de frecuencia única (campo E) dado pola ecuación (1). O campo electromagnético viaxa na dirección +z. O campo eléctrico está dirixido na dirección +x. O campo magnético está na dirección +y.
Na ecuación (1), observe a notación: . Este é un vector unitario (un vector de lonxitude), que di que o punto do campo eléctrico está na dirección x. A onda plana móstrase na figura 1.
figura 1. Representación gráfica do campo eléctrico que se despraza na dirección +z.
A polarización é a forma de trazo e propagación (contorno) dun campo eléctrico. Como exemplo, considere a ecuación do campo eléctrico de onda plana (1). Observaremos a posición onde o campo eléctrico é (X,Y,Z) = (0,0,0) en función do tempo. A amplitude deste campo está representada na Figura 2, en varios momentos no tempo. O campo está oscilando na frecuencia "F".
figura 2. Observa o campo eléctrico (X, Y, Z) = (0,0,0) en diferentes momentos.
O campo eléctrico obsérvase na orixe, oscilando de ida e volta en amplitude. O campo eléctrico está sempre ao longo do eixe x indicado. Dado que o campo eléctrico se mantén ao longo dunha soa liña, pódese dicir que este campo está polarizado linealmente. Ademais, se o eixe X é paralelo ao chan, este campo tamén se describe como polarizado horizontalmente. Se o campo está orientado ao longo do eixe Y, pódese dicir que a onda está polarizada verticalmente.
As ondas polarizadas linealmente non precisan dirixirse ao longo dun eixe horizontal ou vertical. Por exemplo, unha onda de campo eléctrico cunha restrición situada ao longo dunha liña como se mostra na Figura 3 tamén estaría polarizada linealmente.
imaxe 3. A amplitude do campo eléctrico dunha onda polarizada linealmente cuxa traxectoria é un ángulo.
O campo eléctrico da figura 3 pódese describir mediante a ecuación (2). Agora hai unha compoñente x e y do campo eléctrico. Ambos os compoñentes son iguais en tamaño.
Unha cousa a ter en conta sobre a ecuación (2) son os campos de compoñentes xy e electrónicos na segunda etapa. Isto significa que ambos os compoñentes teñen a mesma amplitude en todo momento.
polarización circular
Supoña agora que o campo eléctrico dunha onda plana vén dado pola ecuación (3):
Neste caso, os elementos X e Y están 90 graos desfasados. Se o campo se observa como (X, Y, Z) = (0,0,0) de novo como antes, a curva de campo eléctrico en función do tempo aparecerá como se mostra a continuación na Figura 4.
Figura 4. Intensidade do campo eléctrico (X, Y, Z) = (0,0,0) dominio EQ. (3).
O campo eléctrico da figura 4 xira nun círculo. Este tipo de campo descríbese como unha onda polarizada circularmente. Para a polarización circular, débense cumprir os seguintes criterios:
- Estándar para polarización circular
- O campo eléctrico debe ter dúas compoñentes ortogonais (perpendiculares).
- As compoñentes ortogonais do campo eléctrico deben ter amplitudes iguais.
- Os compoñentes da cuadratura deben estar 90 graos desfasados.
Se viaxa na pantalla Wave Figure 4, dise que a rotación do campo é no sentido antihorario e pola dereita polarizada circularmente (RHCP). Se o campo se xira no sentido das agullas do reloxo, o campo será polarización circular á esquerda (LHCP).
Polarización elíptica
Se o campo eléctrico ten dúas compoñentes perpendiculares, 90 graos desfasadas pero de igual magnitude, o campo estará polarizado elípticamente. Considerando o campo eléctrico dunha onda plana que viaxa na dirección +z, descrito pola ecuación (4):
O lugar do punto no que asumirá a punta do vector de campo eléctrico aparece na figura 5
Figura 5. Campo eléctrico de onda de polarización elíptica rápida. (4).
O campo da Figura 5, que viaxa en sentido contrario ás agullas do reloxo, sería elíptico á dereita se viaxa fóra da pantalla. Se o vector campo eléctrico xira na dirección oposta, o campo estará polarizado elípticamente pola esquerda.
Ademais, polarización elíptica refírese á súa excentricidade. Relación entre a excentricidade e a amplitude dos eixes maior e menor. Por exemplo, a excentricidade da onda da ecuación (4) é 1/0,3= 3,33. As ondas polarizadas elípticamente descríbense ademais pola dirección do eixe maior. A ecuación de onda (4) ten un eixe formado principalmente polo eixe x. Teña en conta que o eixe maior pode estar en calquera ángulo plano. O ángulo non é necesario para axustar o eixe X, Y ou Z. Finalmente, é importante ter en conta que tanto a polarización circular como a lineal son casos especiais de polarización elíptica. 1.0 onda polarizada elípticamente excéntrica é unha onda polarizada circularmente. Ondas polarizadas elípticamente con excentricidade infinita. Ondas polarizadas linealmente.
Polarización de antena
Agora que somos conscientes dos campos electromagnéticos de ondas planas polarizadas, a polarización dunha antena simplemente defínese.
Polarización da antena Unha avaliación de campo afastado da antena, a polarización do campo radiado resultante. Polo tanto, as antenas adoitan aparecer como "polarizadas linealmente" ou "antenas polarizadas circularmente á dereita".
Este concepto sinxelo é importante para as comunicacións de antena. En primeiro lugar, unha antena polarizada horizontalmente non se comunicará cunha antena polarizada verticalmente. Debido ao teorema da reciprocidade, a antena transmite e recibe exactamente do mesmo xeito. Polo tanto, as antenas polarizadas verticalmente transmiten e reciben campos polarizados verticalmente. Polo tanto, se tentas transmitir unha antena polarizada horizontalmente polarizada verticalmente, non haberá recepción.
No caso xeral, para dúas antenas polarizadas linealmente rotadas entre si por un ángulo ( ), a perda de potencia debida a este desajuste de polarización describirase polo factor de perda de polarización (PLF):
Polo tanto, se dúas antenas teñen a mesma polarización, o ángulo entre os seus campos de electróns radiantes é cero e non hai perda de potencia debido ao desajuste de polarización. Se unha antena está polarizada verticalmente e a outra horizontalmente, o ángulo é de 90 graos e non se transferirá enerxía.
NOTA: Mover o teléfono sobre a cabeza a diferentes ángulos explica por que ás veces se pode aumentar a recepción. As antenas do teléfono móbil adoitan estar polarizadas linealmente, polo que xirar o teléfono adoita coincidir coa polarización do teléfono, mellorando así a recepción.
A polarización circular é unha característica desexable de moitas antenas. Ambas as antenas están polarizadas circularmente e non sofren perda de sinal debido á falta de coincidencia de polarización. As antenas utilizadas nos sistemas GPS están polarizadas circularmente á dereita.
Supoña agora que unha antena polarizada linealmente recibe ondas polarizadas circularmente. De forma equivalente, supoña que unha antena polarizada circularmente intenta recibir ondas polarizadas linealmente. Cal é o factor de perda de polarización resultante?
Lembre que a polarización circular son en realidade dúas ondas polarizadas linealmente ortogonais, desfasadas 90 graos. Polo tanto, unha antena de polarización lineal (LP) só recibirá a compoñente de fase de onda polarizada circularmente (CP). Polo tanto, a antena LP terá unha perda de desaxuste de polarización de 0,5 (-3 dB). Isto é certo independentemente do ángulo que xire a antena LP. polo tanto:
O factor de perda de polarización ás veces denomínase eficiencia de polarización, factor de desaxuste de antena ou factor de recepción da antena. Todos estes nomes fan referencia ao mesmo concepto.
Hora de publicación: 22-12-2023
