Polarisering er en af de grundlæggende egenskaber ved antenner. Vi skal først forstå polariseringen af planbølger. Derefter kan vi diskutere de vigtigste typer af antennepolarisering.
lineær polarisering
Vi vil begynde at forstå polarisationen af en plan elektromagnetisk bølge.
En plan elektromagnetisk (EM) bølge har flere karakteristika. Den første er, at strømmen bevæger sig i én retning (ingen feltændringer i to ortogonale retninger). For det andet er det elektriske felt og magnetfeltet vinkelrette på hinanden og ortogonale på hinanden. Elektriske og magnetiske felter er vinkelrette på retningen af den plane bølgeudbredelse. Som et eksempel kan man betragte et enkeltfrekvens elektrisk felt (E-felt) givet ved ligning (1). Det elektromagnetiske felt bevæger sig i +z-retningen. Det elektriske felt er rettet i +x-retningen. Magnetfeltet er i +y-retningen.
I ligning (1) skal du observere notationen: . Dette er en enhedsvektor (en længdevektor), som angiver, at det elektriske feltpunkt er i x-retningen. Planbølgen er illustreret i figur 1.
Figur 1. Grafisk repræsentation af det elektriske felt, der bevæger sig i +z-retningen.
Polarisering er sporet og udbredelsesformen (konturen) af et elektrisk felt. Som et eksempel kan vi betragte ligningen (1) for det planbølgede elektriske felt. Vi vil observere den position, hvor det elektriske felt er (X,Y,Z) = (0,0,0) som en funktion af tiden. Amplituden af dette felt er afbildet i figur 2, på flere tidspunkter. Feltet oscillerer ved frekvensen "F".
Figur 2. Observer det elektriske felt (X, Y, Z) = (0,0,0) på forskellige tidspunkter.
Det elektriske felt observeres ved origo, hvor det svinger frem og tilbage i amplitude. Det elektriske felt er altid langs den angivne x-akse. Da det elektriske felt opretholdes langs en enkelt linje, kan dette felt siges at være lineært polariseret. Derudover, hvis X-aksen er parallel med jorden, beskrives dette felt også som vandret polariseret. Hvis feltet er orienteret langs Y-aksen, kan bølgen siges at være lodret polariseret.
Lineært polariserede bølger behøver ikke at være rettet langs en vandret eller lodret akse. For eksempel ville en elektrisk feltbølge med en begrænsning, der ligger langs en linje, som vist i figur 3, også være lineært polariseret.
billede 3. Den elektriske feltamplitude af en lineært polariseret bølge, hvis bane er en vinkel.
Det elektriske felt i figur 3 kan beskrives ved ligning (2). Der er nu en x- og en y-komponent af det elektriske felt. Begge komponenter er lige store.
En ting at bemærke ved ligning (2) er xy-komponenten og de elektroniske felter i andet trin. Det betyder, at begge komponenter har samme amplitude til enhver tid.
cirkulær polarisering
Antag nu, at det elektriske felt for en planbølge er givet ved ligning (3):
I dette tilfælde er X- og Y-elementerne 90 grader ude af fase. Hvis feltet observeres som (X, Y, Z) = (0,0,0) igen som før, vil kurven for det elektriske felt versus tid fremstå som vist nedenfor i figur 4.
Figur 4. Elektrisk feltstyrke (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ-domæne. (3).
Det elektriske felt i figur 4 roterer i en cirkel. Denne type felt beskrives som en cirkulært polariseret bølge. For cirkulær polarisering skal følgende kriterier være opfyldt:
- Standard for cirkulær polarisering
- Det elektriske felt skal have to ortogonale (vinkelrette) komponenter.
- De ortogonale komponenter i det elektriske felt skal have lige store amplituder.
- Kvadraturkomponenterne skal være 90 grader ude af fase.
Hvis feltet bevæger sig på Wave Figur 4-skærmen, siges det, at det er mod uret og højredrejet cirkulært polariseret (RHCP). Hvis feltet roteres med uret, vil feltet være venstredrejet cirkulært polariseret (LHCP).
Elliptisk polarisering
Hvis det elektriske felt har to vinkelrette komponenter, 90 grader ude af fase, men af samme størrelse, vil feltet være elliptisk polariseret. Betragter vi det elektriske felt af en planbølge, der bevæger sig i +z-retningen, beskrevet af ligning (4):
Geometrien for det punkt, hvor spidsen af den elektriske feltvektor vil antage, er givet i figur 5
Figur 5. Prompt elliptisk polarisationsbølge elektrisk felt. (4).
Feltet i figur 5, der bevæger sig mod uret, ville være højredrejet elliptisk, hvis det bevægede sig ud af skærmen. Hvis den elektriske feltvektor roterer i den modsatte retning, vil feltet være venstredrejet elliptisk polariseret.
Desuden refererer elliptisk polarisering til dens excentricitet. Forholdet mellem excentricitet og amplitude af hoved- og biakserne. For eksempel er bølgens excentricitet fra ligning (4) 1/0,3 = 3,33. Elliptisk polariserede bølger beskrives yderligere af hovedaksens retning. Bølgelningen (4) har en akse, der primært består af x-aksen. Bemærk, at hovedaksen kan være i enhver planvinkel. Vinklen er ikke nødvendig for at passe til X-, Y- eller Z-aksen. Endelig er det vigtigt at bemærke, at både cirkulær og lineær polarisering er specialtilfælde af elliptisk polarisering. 1,0 excentrisk elliptisk polariseret bølge er en cirkulært polariseret bølge. Elliptisk polariserede bølger med uendelig excentricitet. Lineært polariserede bølger.
Antennepolarisering
Nu hvor vi er opmærksomme på polariserede planbølge-elektromagnetiske felter, er polariseringen af en antenne simpelt defineret.
Antennepolarisering En fjernfeltevaluering af antennen, polariseringen af det resulterende udstrålede felt. Derfor er antenner ofte angivet som "lineært polariserede" eller "højrehåndede cirkulært polariserede antenner".
Dette simple koncept er vigtigt for antennekommunikation. For det første vil en vandret polariseret antenne ikke kommunikere med en vertikalt polariseret antenne. På grund af reciprocitetsteoremet sender og modtager antennen på præcis samme måde. Derfor sender og modtager vertikalt polariserede antenner vertikalt polariserede felter. Hvis du forsøger at overføre en vertikalt polariseret horisontalt polariseret antenne, vil der derfor ikke være nogen modtagelse.
I det generelle tilfælde, for to lineært polariserede antenner roteret i forhold til hinanden med en vinkel ( ), vil effekttabet på grund af denne polarisationsuoverensstemmelse blive beskrevet af polarisationstabsfaktoren (PLF):
Hvis to antenner har samme polarisering, er vinklen mellem deres udstrålende elektronfelter derfor nul, og der er intet effekttab på grund af polarisationsfejl. Hvis den ene antenne er lodret polariseret, og den anden er vandret polariseret, er vinklen 90 grader, og der vil ikke blive overført nogen effekt.
BEMÆRK: At flytte telefonen over hovedet i forskellige vinkler forklarer, hvorfor modtagelsen nogle gange kan forbedres. Mobiltelefonantenner er normalt lineært polariserede, så rotation af telefonen kan ofte matche telefonens polarisering og dermed forbedre modtagelsen.
Cirkulær polarisering er en ønskelig egenskab ved mange antenner. Begge antenner er cirkulært polariserede og lider ikke af signaltab på grund af polarisationsfejl. Antenner, der bruges i GPS-systemer, er højrecirkulært polariserede.
Antag nu, at en lineært polariseret antenne modtager cirkulært polariserede bølger. Antag tilsvarende, at en cirkulært polariseret antenne forsøger at modtage lineært polariserede bølger. Hvad er den resulterende polarisationstabsfaktor?
Husk at cirkulær polarisering faktisk er to ortogonale lineært polariserede bølger, 90 grader ude af fase. Derfor vil en lineært polariseret (LP) antenne kun modtage den cirkulært polariserede (CP) bølgefasekomponent. Derfor vil LP-antennen have et tab af polarisationsmismatch på 0,5 (-3 dB). Dette gælder uanset hvilken vinkel LP-antennen drejes. Derfor:
Polarisationstabsfaktoren kaldes undertiden polarisationseffektivitet, antennemismatchfaktor eller antennemodtagelsesfaktor. Alle disse navne refererer til det samme koncept.
Opslagstidspunkt: 22. dec. 2023
