Polarisatie is een van de basiskenmerken van antennes. We moeten eerst de polarisatie van vlakke golven begrijpen. Vervolgens kunnen we de belangrijkste soorten antennepolarisatie bespreken.
lineaire polarisatie
We zullen de polarisatie van een vlakke elektromagnetische golf gaan begrijpen.
Een vlakke elektromagnetische (EM) golf heeft verschillende kenmerken. De eerste is dat de stroom in één richting beweegt (geen veldveranderingen in twee orthogonale richtingen). Ten tweede staan het elektrische veld en het magnetische veld loodrecht op elkaar en orthogonaal ten opzichte van elkaar. Elektrische en magnetische velden staan loodrecht op de richting van de voortplanting van vlakke golven. Beschouw als voorbeeld een elektrisch veld met één frequentie (E-veld), gegeven door vergelijking (1). Het elektromagnetische veld beweegt zich in de +z-richting. Het elektrische veld is gericht in de +x-richting. Het magnetische veld bevindt zich in de +y-richting.
Neem in vergelijking (1) de notatie in acht: . Dit is een eenheidsvector (een lengtevector), die zegt dat het elektrische veldpunt in de x-richting ligt. De vlakke golf wordt geïllustreerd in figuur 1.
figuur 1. Grafische weergave van het elektrische veld dat zich in de +z-richting voortbeweegt.
Polarisatie is de spoor- en voortplantingsvorm (contour) van een elektrisch veld. Beschouw als voorbeeld de vergelijking van het elektrische veld van de vlakke golf (1). We zullen de positie waarnemen waar het elektrische veld (X,Y,Z) = (0,0,0) is als functie van de tijd. De amplitude van dit veld is op verschillende momenten in figuur 2 uitgezet. Het veld oscilleert met frequentie "F".
figuur 2. Observeer het elektrische veld (X, Y, Z) = (0,0,0) op verschillende tijdstippen.
Het elektrische veld wordt waargenomen bij de oorsprong en oscilleert heen en weer in amplitude. Het elektrische veld bevindt zich altijd langs de aangegeven x-as. Omdat het elektrische veld langs een enkele lijn wordt gehandhaafd, kan worden gezegd dat dit veld lineair gepolariseerd is. Als de X-as evenwijdig aan de grond is, wordt dit veld bovendien ook als horizontaal gepolariseerd beschreven. Als het veld langs de Y-as is georiënteerd, kan worden gezegd dat de golf verticaal gepolariseerd is.
Lineair gepolariseerde golven hoeven niet langs een horizontale of verticale as te worden gericht. Een elektrische veldgolf met een beperking die langs een lijn ligt zoals weergegeven in figuur 3 zou bijvoorbeeld ook lineair gepolariseerd zijn.
afbeelding 3. De elektrische veldamplitude van een lineair gepolariseerde golf waarvan het traject een hoek is.
Het elektrische veld in figuur 3 kan worden beschreven door vergelijking (2). Nu is er een x- en y-component van het elektrische veld. Beide componenten zijn even groot.
Eén ding om op te merken over vergelijking (2) is de xy-component en de elektronische velden in de tweede fase. Dit betekent dat beide componenten altijd dezelfde amplitude hebben.
circulaire polarisatie
Neem nu aan dat het elektrische veld van een vlakke golf wordt gegeven door vergelijking (3):
In dit geval zijn de X- en Y-elementen 90 graden uit fase. Als het veld opnieuw wordt waargenomen als (X, Y, Z) = (0,0,0), zoals voorheen, zal de curve van het elektrische veld versus de tijd verschijnen zoals hieronder weergegeven in Figuur 4.
Figuur 4. Elektrische veldsterkte (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ-domein. (3).
Het elektrische veld in figuur 4 roteert in een cirkel. Dit type veld wordt beschreven als een circulair gepolariseerde golf. Voor circulaire polarisatie moet aan de volgende criteria worden voldaan:
- Standaard voor circulaire polarisatie
- Het elektrische veld moet twee orthogonale (loodrechte) componenten hebben.
- De orthogonale componenten van het elektrische veld moeten gelijke amplitudes hebben.
- De kwadratuurcomponenten moeten 90 graden uit fase zijn.
Als u op het Wave Figure 4-scherm reist, wordt gezegd dat de veldrotatie tegen de klok in en rechtshandig circulair gepolariseerd (RHCP) is. Als het veld met de klok mee wordt geroteerd, zal het veld linkshandige circulaire polarisatie (LHCP) zijn.
Elliptische polarisatie
Als het elektrische veld twee loodrechte componenten heeft, 90 graden uit fase maar van gelijke grootte, zal het veld elliptisch gepolariseerd zijn. Rekening houdend met het elektrische veld van een vlakke golf die zich in de +z-richting voortbeweegt, beschreven door vergelijking (4):
De locus van het punt waarop de punt van de elektrische veldvector zal aannemen, wordt gegeven in figuur 5
Figuur 5. Prompt elektrisch veld van elliptische polarisatiegolf. (4).
Het veld in Figuur 5, dat tegen de klok in beweegt, zou rechtshandig elliptisch zijn als het het scherm verlaat. Als de elektrische veldvector in de tegenovergestelde richting draait, zal het veld linkshandig elliptisch gepolariseerd zijn.
Bovendien verwijst elliptische polarisatie naar de excentriciteit ervan. De verhouding tussen excentriciteit en de amplitude van de hoofd- en nevenas. De golfexcentriciteit uit vergelijking (4) is bijvoorbeeld 1/0,3= 3,33. Elliptisch gepolariseerde golven worden verder beschreven door de richting van de hoofdas. De golfvergelijking (4) heeft een as die voornamelijk bestaat uit de x-as. Merk op dat de hoofdas zich onder elke vlakke hoek kan bevinden. De hoek is niet vereist om op de X-, Y- of Z-as te passen. Ten slotte is het belangrijk op te merken dat zowel circulaire als lineaire polarisatie speciale gevallen van elliptische polarisatie zijn. 1.0 excentrische elliptisch gepolariseerde golf is een circulair gepolariseerde golf. Elliptisch gepolariseerde golven met oneindige excentriciteit. Lineair gepolariseerde golven.
Antenne polarisatie
Nu we ons bewust zijn van gepolariseerde elektromagnetische velden met vlakke golven, wordt de polarisatie van een antenne eenvoudig gedefinieerd.
Antennepolarisatie Een antenne-far-field-evaluatie, de polarisatie van het resulterende uitgestraalde veld. Daarom worden antennes vaak vermeld als "lineair gepolariseerde" of "rechtshandige circulair gepolariseerde antennes".
Dit eenvoudige concept is belangrijk voor antennecommunicatie. Ten eerste zal een horizontaal gepolariseerde antenne niet communiceren met een verticaal gepolariseerde antenne. Vanwege de wederkerigheidsstelling zendt en ontvangt de antenne op precies dezelfde manier. Daarom zenden en ontvangen verticaal gepolariseerde antennes verticaal gepolariseerde velden. Als u daarom een verticaal gepolariseerde horizontaal gepolariseerde antenne probeert over te brengen, zal er geen ontvangst zijn.
In het algemene geval zal voor twee lineair gepolariseerde antennes die over een hoek ( ) ten opzichte van elkaar zijn geroteerd, het vermogensverlies als gevolg van deze polarisatiemismatch worden beschreven door de polarisatieverliesfactor (PLF):
Als twee antennes dezelfde polarisatie hebben, is de hoek tussen hun stralende elektronenvelden dus nul en is er geen vermogensverlies als gevolg van een verkeerde polarisatie. Als de ene antenne verticaal gepolariseerd is en de andere horizontaal gepolariseerd, is de hoek 90 graden en wordt er geen stroom overgedragen.
OPMERKING: Door de telefoon vanuit verschillende hoeken boven uw hoofd te bewegen, wordt verklaard waarom de ontvangst soms kan worden verbeterd. Antennes voor mobiele telefoons zijn meestal lineair gepolariseerd, dus het draaien van de telefoon kan vaak overeenkomen met de polarisatie van de telefoon, waardoor de ontvangst wordt verbeterd.
Circulaire polarisatie is een wenselijk kenmerk van veel antennes. Beide antennes zijn circulair gepolariseerd en hebben geen last van signaalverlies als gevolg van polarisatie-mismatch. Antennes die in GPS-systemen worden gebruikt, zijn rechtsom circulair gepolariseerd.
Neem nu aan dat een lineair gepolariseerde antenne circulair gepolariseerde golven ontvangt. Neem op equivalente wijze aan dat een circulair gepolariseerde antenne lineair gepolariseerde golven probeert te ontvangen. Wat is de resulterende polarisatieverliesfactor?
Bedenk dat circulaire polarisatie eigenlijk twee orthogonale, lineair gepolariseerde golven zijn, 90 graden uit fase. Daarom zal een lineair gepolariseerde (LP) antenne alleen de circulair gepolariseerde (CP) golffasecomponent ontvangen. Daarom zal de LP-antenne een polarisatie-mismatch-verlies hebben van 0,5 (-3dB). Dit geldt ongeacht de hoek waarin de LP-antenne wordt gedraaid. daarom:
Polarisatieverliesfactor wordt soms polarisatie-efficiëntie, antenne-mismatch-factor of antenne-ontvangstfactor genoemd. Al deze namen verwijzen naar hetzelfde concept.
Posttijd: 22 december 2023
