A polarización é unha das características básicas das antenas. Primeiro debemos comprender a polarización das ondas planas. Despois podemos analizar os principais tipos de polarización de antenas.
polarización lineal
Comezaremos a comprender a polarización dunha onda electromagnética plana.
Unha onda electromagnética (EM) planar ten varias características. A primeira 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 eléctrico e magnético 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), obsérvese a notación: . Este é un vector unitario (un vector de lonxitude), o que indica que o punto do campo eléctrico está na dirección x. A onda plana ilústrase na Figura 1.
figura 1. Representación gráfica do campo eléctrico que viaxa na dirección +z.
A polarización é a traza e a forma de 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 represéntase na Figura 2, en varios instantes no tempo. O campo oscila á frecuencia "F".
figura 2. Observa o campo eléctrico (X, Y, Z) = (0,0,0) en diferentes tempos.
O campo eléctrico obsérvase na orixe, oscilando en amplitude cara a adiante e cara atrás. O campo eléctrico sempre está ao longo do eixe x indicado. Dado que o campo eléctrico se mantén ao longo dunha única 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 estar dirixidas ao longo dun eixe horizontal ou vertical. Por exemplo, unha onda de campo eléctrico cunha restrición situada ao longo dunha liña como a que 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 un compoñente x e un compoñente y do campo eléctrico. Ambos compoñentes teñen o mesmo tamaño.
Unha cousa a ter en conta sobre a ecuación (2) é o compoñente xy e os campos electrónicos na segunda etapa. Isto significa que ambos compoñentes teñen a mesma amplitude en todo momento.
polarización circular
Agora supoñamos que o campo eléctrico dunha onda plana vén dado pola ecuación (3):
Neste caso, os elementos X e Y están desfasados 90 graos. Se o campo se observa como (X, Y, Z) = (0,0,0) de novo como antes, a curva do campo eléctrico fronte ao tempo aparecerá como se mostra na Figura 4.
Figura 4. Intensidade do campo eléctrico (X, Y, Z) = (0,0,0) Dominio da ecualización. (3).
O campo eléctrico da Figura 4 xira en círculo. Este tipo de campo descríbese como unha onda polarizada circularmente. Para a polarización circular, deben cumprirse os seguintes criterios:
- Estándar para a polarización circular
- O campo eléctrico debe ter dúas compoñentes ortogonais (perpendiculares).
- As compoñentes ortogonais do campo eléctrico deben ter amplitudes iguais.
- As compoñentes en cuadratura deben estar desfasadas 90 graos.
Se viaxas pola pantalla Wave Figure 4, dise que a rotación do campo é en sentido antihorario e con polarización circular dextro-horaria (RHCP). Se o campo xira no sentido horario, o campo terá polarización circular esquerdo-horaria (LHCP).
Polarización elíptica
Se o campo eléctrico ten dúas compoñentes perpendiculares, 90 graos desfasadas pero de igual magnitude, o campo estará polarizado elipticamente. Considerando o campo eléctrico dunha onda plana que viaxa na dirección +z, descrito pola ecuación (4):
O lugar xeométrico do punto no que asumirá a punta do vector do campo eléctrico indícase na Figura 5
Figura 5. Campo eléctrico de onda de polarización elíptica inmediata. (4).
O campo da Figura 5, que viaxa en sentido antihorario, sería elíptico dextrorso se viaxase fóra da pantalla. Se o vector do campo eléctrico xira na dirección oposta, o campo estará polarizado elípticamente cara á esquerda.
Ademais, a polarización elíptica refírese á súa excentricidade. A 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 elipticamente descríbense ademais pola dirección do eixe maior. A ecuación de onda (4) ten un eixe que consiste principalmente no eixe x. Teña en conta que o eixe maior pode estar en calquera ángulo do plano. Non é necesario que o ángulo se axuste ao 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. Unha onda polarizada elipticamente excéntrica de 1,0 é unha onda polarizada circularmente. Ondas polarizadas elipticamente con excentricidade infinita. Ondas polarizadas linealmente.
Polarización da antena
Agora que coñecemos os campos electromagnéticos de ondas planas polarizadas, a polarización dunha antena defínese de xeito sinxelo.
Polarización da antena Unha avaliación de campo afastado dunha antena, a polarización do campo radiado resultante. Polo tanto, as antenas adoitan clasificarse como "polarizadas linealmente" ou "antenas polarizadas circularmente dextro-directas".
Este concepto simple é importante para as comunicacións por antena. En primeiro lugar, unha antena con polarización horizontal non se comunicará cunha antena con polarización vertical. Debido ao teorema de reciprocidade, a antena transmite e recibe exactamente do mesmo xeito. Polo tanto, as antenas con polarización vertical transmiten e reciben campos con polarización vertical. Polo tanto, se intentas transmitir unha antena con polarización vertical e horizontal, non haberá recepción.
No caso xeral, para dúas antenas polarizadas linealmente e rotadas unha con respecto á outra un ángulo ( ), a perda de potencia debida a esta desaxuste de polarización describirase mediante o 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 á desaxuste de polarización. Se unha antena está polarizada verticalmente e a outra está polarizada horizontalmente, o ángulo é de 90 graos e non se transferirá potencia.
NOTA: Mover o teléfono por riba da cabeza en diferentes ángulos explica por que ás veces a recepción pode aumentar. As antenas dos teléfonos móbiles adoitan estar polarizadas linealmente, polo que rotar o teléfono pode 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 desaxuste de polarización. As antenas empregadas nos sistemas GPS están polarizadas circularmente á dereita.
Agora supoñamos que unha antena con polarización lineal recibe ondas con polarización circular. De xeito equivalente, supoñamos que unha antena con polarización circular intenta recibir ondas con polarización lineal. Cal é o factor de perda de polarización resultante?
Lembre que a polarización circular son en realidade dúas ondas polarizadas linealmente ortogonais, 90 graos desfasadas. Polo tanto, unha antena con polarización lineal (LP) só recibirá o compoñente de fase da onda con polarización circular (CP). Polo tanto, a antena LP terá unha perda por desaxuste de polarización de 0,5 (-3 dB). Isto é certo independentemente do ángulo en que se 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 de antena. Todos estes nomes refírense ao mesmo concepto.
Data de publicación: 22 de decembro de 2023
