Polarisering er en af de grundlæggende egenskaber ved antenner. Vi skal først forstå polariseringen af plane bølger. Vi kan derefter diskutere hovedtyperne af antennepolarisering.
lineær polarisering
Vi vil begynde at forstå polariseringen af en plan elektromagnetisk bølge.
En plan elektromagnetisk (EM) bølge har flere egenskaber. Den første er, at kraften bevæger sig i én retning (ingen feltændringer i to ortogonale retninger). For det andet er det elektriske felt og det magnetiske felt vinkelrette på hinanden og ortogonale på hinanden. Elektriske og magnetiske felter er vinkelrette på retningen af plan bølgeudbredelse. Som et eksempel kan du overveje et enkeltfrekvent 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 vektor med længde), som siger, at det elektriske feltpunkt er i x-retningen. Den plane bølge er illustreret i figur 1.
figur 1. Grafisk fremstilling af det elektriske felt, der bevæger sig i +z-retningen.
Polarisering er sporet og udbredelsesformen (kontur) af et elektrisk felt. Som et eksempel kan du overveje ligningen for planbølge elektriske felter (1). Vi vil observere den position, hvor det elektriske felt er (X,Y,Z) = (0,0,0) som funktion af tiden. Amplituden af dette felt er afbildet i figur 2 ved 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, og 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 blive rettet langs en vandret eller lodret akse. For eksempel vil en elektrisk feltbølge med en begrænsning liggende 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). Nu er der en x- og y-komponent af det elektriske felt. Begge komponenter er lige store.
En ting at bemærke om ligning (2) er xy-komponenten og elektroniske felter i anden fase. Det betyder, at begge komponenter til enhver tid har samme amplitude.
cirkulær polarisering
Antag nu, at det elektriske felt af en plan bølge 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 i forhold til 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 er beskrevet 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 ens amplituder.
- Kvadraturkomponenterne skal være 90 grader ude af fase.
Hvis man rejser på Wave Figur 4-skærmen, siges feltrotationen at være mod uret og højrehåndet cirkulært polariseret (RHCP). Hvis feltet drejes i urets retning, vil feltet være venstrehåndet cirkulær polarisering (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. I betragtning af det elektriske felt af en plan bølge, der bevæger sig i +z-retningen, beskrevet af ligning (4):
Lokuset for det punkt, hvor spidsen af den elektriske feltvektor vil antage, er angivet i figur 5
Figur 5. Spørg elliptisk polarisationsbølge elektrisk felt. (4).
Feltet i figur 5, der bevæger sig mod uret, ville være højrehåndet elliptisk, hvis det bevæger sig ud af skærmen. Hvis den elektriske feltvektor roterer i den modsatte retning, vil feltet være venstrehåndet elliptisk polariseret.
Desuden refererer elliptisk polarisering til dens excentricitet. Forholdet mellem excentricitet og amplituden af hoved- og lilleaksen. For eksempel er bølgeexcentriciteten fra ligning (4) 1/0,3= 3,33. Elliptisk polariserede bølger beskrives yderligere ved retningen af hovedaksen. Bølgeligningen (4) har en akse, der primært består af x-aksen. Bemærk, at hovedaksen kan være i enhver plan vinkel. 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 specielle tilfælde af elliptisk polarisering. 1.0 excentrisk elliptisk polariseret bølge er en cirkulært polariseret bølge. Elliptisk polariserede bølger med uendelig excentricitet. Lineært polariserede bølger.
Antenne polarisering
Nu hvor vi er opmærksomme på polariserede planbølgeelektromagnetiske felter, er polariseringen af en antenne ganske enkelt defineret.
Antenne Polarization En antenne fjernfelt-evaluering, polariseringen af det resulterende udstrålede felt. Derfor er antenner ofte opført som "lineært polariserede" eller "højrehåndede cirkulært polariserede antenner".
Dette enkle koncept er vigtigt for antennekommunikation. For det første vil en vandret polariseret antenne ikke kommunikere med en vertikalt polariseret antenne. På grund af reciprocitetssætningen sender og modtager antennen på nøjagtig samme måde. Derfor sender og modtager vertikalt polariserede antenner vertikalt polariserede felter. Derfor, hvis du forsøger at formidle en vertikalt polariseret vandret polariseret antenne, vil der ikke være nogen modtagelse.
I det generelle tilfælde, for to lineært polariserede antenner, der er roteret i forhold til hinanden med en vinkel ( ), vil effekttabet på grund af denne polarisationsmismatch blive beskrevet af polarisationstabsfaktoren (PLF):
Derfor, hvis to antenner har den samme polarisation, er vinklen mellem deres udstrålende elektronfelter nul, og der er intet effekttab på grund af polarisationsmismatch. Hvis den ene antenne er lodret polariseret, og den anden er vandret polariseret, er vinklen 90 grader, og der vil ikke blive overført strøm.
BEMÆRK: At flytte telefonen over hovedet til forskellige vinkler forklarer, hvorfor modtagelsen nogle gange kan øges. Mobiltelefonantenner er normalt lineært polariserede, så drejning af telefonen kan ofte matche telefonens polarisering og dermed forbedre modtagelsen.
Cirkulær polarisering er en ønskelig egenskab for mange antenner. Begge antenner er cirkulært polariserede og lider ikke af signaltab på grund af polarisationsmismatch. Antenner, der bruges i GPS-systemer, er cirkulært polariserede til højre.
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 polarisationsmismatchtab på 0,5 (-3dB). Dette gælder uanset hvilken vinkel LP-antennen drejes. derfor:
Polarisationstabsfaktor omtales nogle gange som polarisationseffektivitet, antennemismatchfaktor eller antennemodtagelsesfaktor. Alle disse navne refererer til det samme koncept.
Indlægstid: 22. december 2023
