Polarisaatio on yksi antennien perusominaisuuksista. Ensin meidän on ymmärrettävä tasoaaltojen polarisaatio. Voimme sitten keskustella antennin polarisaation päätyypeistä.
lineaarinen polarisaatio
Alamme ymmärtää tason sähkömagneettisen aallon polarisaatiota.
Tasomaisella sähkömagneettisella (EM) aallolla on useita ominaisuuksia. Ensimmäinen on, että teho kulkee yhteen suuntaan (mikään kenttä ei muutu kahdessa ortogonaalisessa suunnassa). Toiseksi sähkökenttä ja magneettikenttä ovat kohtisuorassa toisiaan vastaan ja ortogonaalisia toisiinsa nähden. Sähkö- ja magneettikentät ovat kohtisuorassa tasoaallon etenemissuuntaan nähden. Esimerkkinä tarkastellaan yhtälön (1) antamaa yksitaajuista sähkökenttää (E-kenttä). Sähkömagneettinen kenttä kulkee +z-suunnassa. Sähkökenttä on suunnattu +x-suunnassa. Magneettikenttä on +y-suunnassa.
Huomioi yhtälössä (1) merkintä: . Tämä on yksikkövektori (pituusvektori), joka sanoo, että sähkökentän piste on x-suunnassa. Tasoaalto on esitetty kuvassa 1.
kuva 1. Graafinen esitys +z-suunnassa kulkevasta sähkökentästä.
Polarisaatio on sähkökentän jälki ja etenemismuoto (ääriviiva). Tarkastellaan esimerkkinä tasoaallon sähkökenttäyhtälöä (1). Tarkkailemme paikkaa, jossa sähkökenttä on (X,Y,Z) = (0,0,0) ajan funktiona. Tämän kentän amplitudi on piirretty kuviossa 2 useissa ajassa. Kenttä värähtelee taajuudella "F".
kuva 2. Tarkkaile sähkökenttää (X, Y, Z) = (0,0,0) eri aikoina.
Sähkökenttä havaitaan origossa, värähteleen edestakaisin amplitudissa. Sähkökenttä on aina merkittyä x-akselia pitkin. Koska sähkökenttä säilyy yhtä linjaa pitkin, tämän kentän voidaan sanoa olevan lineaarisesti polarisoitunut. Lisäksi, jos X-akseli on yhdensuuntainen maan kanssa, tämä kenttä kuvataan myös vaakasuoraan polarisoituneeksi. Jos kenttä on suunnattu Y-akselia pitkin, aallon voidaan sanoa olevan pystypolarisoitu.
Lineaarisesti polarisoituja aaltoja ei tarvitse suunnata vaaka- tai pystyakselia pitkin. Esimerkiksi sähkökenttäaalto, jonka rajoitus on kuvan 3 mukaista viivaa pitkin, olisi myös lineaarisesti polarisoitunut.
kuva 3. Lineaarisesti polarisoidun aallon sähkökentän amplitudi, jonka liikerata on kulma.
Kuvan 3 sähkökenttä voidaan kuvata yhtälöllä (2). Nyt sähkökentässä on x- ja y-komponentti. Molemmat komponentit ovat samankokoisia.
Yksi huomioitava yhtälössä (2) on xy-komponentti ja elektroniset kentät toisessa vaiheessa. Tämä tarkoittaa, että molemmilla komponenteilla on aina sama amplitudi.
pyöreä polarisaatio
Oletetaan nyt, että tasoaallon sähkökenttä on annettu yhtälöllä (3):
Tässä tapauksessa X- ja Y-elementit ovat 90 astetta eri vaiheista. Jos kenttä havaitaan muodossa (X, Y, Z) = (0,0,0) kuten ennenkin, sähkökenttä vs. aika -käyrä tulee näkyviin alla olevan kuvan 4 mukaisesti.
Kuva 4. Sähkökentän voimakkuus (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ-alue. (3).
Kuvan 4 sähkökenttä pyörii ympyrässä. Tämän tyyppistä kenttää kuvataan ympyräpolarisoiduksi aalloksi. Pyöreäpolarisaatiossa seuraavat kriteerit on täytettävä:
- Standardi ympyräpolarisaatiolle
- Sähkökentässä on oltava kaksi kohtisuoraa komponenttia.
- Sähkökentän ortogonaalisilla komponenteilla tulee olla samat amplitudit.
- Kvadratuurikomponenttien on oltava 90 astetta eri vaiheissa.
Jos kuljetaan Wave Figure 4 -näytöllä, kentän kiertoliikkeen sanotaan olevan vastapäivään ja oikeakätisesti ympyräpolarisoitua (RHCP). Jos kenttää käännetään myötäpäivään, kenttä on vasenkätinen ympyräpolarisaatio (LHCP).
Elliptinen polarisaatio
Jos sähkökentässä on kaksi kohtisuoraa komponenttia, jotka ovat 90 astetta vaiheen ulkopuolella, mutta yhtä suuret, kenttä on elliptisesti polarisoitunut. Ottaen huomioon +z-suunnassa kulkevan tasoaallon sähkökentän, joka kuvataan yhtälöllä (4):
Sen pisteen paikka, jossa sähkökenttävektorin kärki olettaa, on esitetty kuvassa 5
Kuva 5. Nopea elliptinen polarisaatioaallon sähkökenttä. (4).
Kuvan 5 kenttä, joka kulkee vastapäivään, olisi oikeakätinen elliptinen, jos se kulkee ulos ruudusta. Jos sähkökenttävektori pyörii vastakkaiseen suuntaan, kenttä on vasenkätinen elliptisesti polarisoitunut.
Lisäksi elliptinen polarisaatio viittaa sen epäkeskisyyteen. Epäkeskisyyden suhde pää- ja sivuakselien amplitudiin. Esimerkiksi aallon epäkeskisyys yhtälöstä (4) on 1/0,3= 3,33. Elliptisesti polarisoituneita aaltoja kuvataan edelleen pääakselin suunnalla. Aaltoyhtälössä (4) on akseli, joka koostuu pääasiassa x-akselista. Huomaa, että pääakseli voi olla missä tahansa tasokulmassa. Kulmaa ei vaadita sovittamaan X-, Y- tai Z-akselille. Lopuksi on tärkeää huomata, että sekä ympyrä- että lineaarinen polarisaatio ovat elliptisen polarisaation erikoistapauksia. 1.0 eksentrinen elliptisesti polarisoitu aalto on ympyräpolarisoitunut aalto. Elliptisesti polarisoidut aallot äärettömällä epäkeskisyydellä. Lineaarisesti polarisoidut aallot.
Antenni polarisaatio
Nyt kun olemme tietoisia polarisoiduista tasoaallon sähkömagneettisista kentistä, antennin polarisaatio on yksinkertaisesti määritelty.
Antennipolarisaatio Antennin kaukokentän arviointi, tuloksena olevan säteilykentän polarisaatio. Siksi antennit luetellaan usein "lineaarisesti polarisoiduiksi" tai "oikeakätisiksi ympyräpolarisoiduiksi antenneiksi".
Tämä yksinkertainen konsepti on tärkeä antenniviestinnässä. Ensinnäkin vaakapolarisoitu antenni ei kommunikoi pystypolarisoidun antennin kanssa. Vastavuoroisuuslauseesta johtuen antenni lähettää ja vastaanottaa täsmälleen samalla tavalla. Siksi pystypolarisoidut antennit lähettävät ja vastaanottavat vertikaalisesti polarisoituja kenttiä. Siksi, jos yrität välittää pystypolarisoitua vaakapolarisoitua antennia, vastaanottoa ei ole.
Yleisessä tapauksessa kahdelle lineaarisesti polarisoidulle antennille, joita on kierretty suhteessa toisiinsa kulman verran ( ), tästä polarisaatioepäsopimattomuudesta johtuva tehohäviö kuvataan polarisaatiohäviökertoimella (PLF):
Siksi, jos kahdella antennilla on sama polarisaatio, niiden säteilevien elektronikenttien välinen kulma on nolla eikä polarisaatioerosta johtuen tehohäviötä ole. Jos toinen antenni on pystypolarisoitu ja toinen vaakasuoraan polarisoitu, kulma on 90 astetta eikä tehoa siirretä.
HUOMAA: Puhelimen siirtäminen pään yli eri kulmiin selittää, miksi vastaanotto voi joskus lisääntyä. Matkapuhelinten antennit ovat yleensä lineaarisesti polarisoituneita, joten puhelimen pyörittäminen voi usein vastata puhelimen polarisaatiota, mikä parantaa vastaanottoa.
Pyöreä polarisaatio on toivottava ominaisuus monille antenneille. Molemmat antennit ovat ympyräpolarisaatioita, eivätkä ne kärsi signaalihäviöstä polarisaatiovirheen vuoksi. GPS-järjestelmissä käytetyt antennit ovat oikeanpuoleisia ympyräpolarisaatioita.
Oletetaan nyt, että lineaarisesti polarisoitu antenni vastaanottaa ympyräpolarisoituja aaltoja. Vastaavasti oletetaan, että ympyräpolarisoitu antenni yrittää vastaanottaa lineaarisesti polarisoituja aaltoja. Mikä on tuloksena oleva polarisaatiohäviökerroin?
Muista, että ympyräpolarisaatio on itse asiassa kaksi ortogonaalista lineaarisesti polarisoitunutta aaltoa, 90 astetta vaiheen poikki. Siksi lineaarisesti polarisoitu (LP) antenni vastaanottaa vain ympyräpolarisoidun (CP) aallon vaihekomponentin. Siksi LP-antennin polarisaatioepäsopivuushäviö on 0,5 (-3 dB). Tämä on totta riippumatta siitä, mistä kulmasta LP-antennia käännetään. siksi:
Polarisaatiohäviökerrointa kutsutaan joskus polarisaatiotehokkuudeksi, antennin epäsovituskertoimeksi tai antennin vastaanottokertoimeksi. Kaikki nämä nimet viittaavat samaan käsitteeseen.
Postitusaika: 22-12-2023
