Polarisasi adalah salah satu ciri asas antena. Pertama sekali kita perlu memahami polarisasi gelombang satah. Kemudian kita boleh membincangkan jenis utama polarisasi antena.
polarisasi linear
Kita akan mula memahami polarisasi gelombang elektromagnet satah.
Gelombang elektromagnet satah (EM) mempunyai beberapa ciri. Yang pertama ialah kuasa bergerak dalam satu arah (tiada medan berubah dalam dua arah ortogon). Kedua, medan elektrik dan medan magnet adalah berserenjang antara satu sama lain dan ortogon antara satu sama lain. Medan elektrik dan magnet berserenjang dengan arah perambatan gelombang satah. Sebagai contoh, pertimbangkan medan elektrik frekuensi tunggal (medan E) yang diberikan oleh persamaan (1). Medan elektromagnet bergerak dalam arah +z. Medan elektrik diarahkan ke arah +x. Medan magnet berada dalam arah +y.
Dalam persamaan (1), perhatikan tatatanda: . Ini ialah vektor unit (vektor panjang), yang mengatakan bahawa titik medan elektrik berada dalam arah x. Gelombang satah digambarkan dalam Rajah 1.
rajah 1. Perwakilan grafik bagi medan elektrik yang bergerak dalam arah +z.
Polarisasi ialah jejak dan bentuk perambatan (kontur) medan elektrik. Sebagai contoh, pertimbangkan persamaan medan elektrik gelombang satah (1). Kami akan memerhatikan kedudukan di mana medan elektrik (X,Y,Z) = (0,0,0) sebagai fungsi masa. Amplitud medan ini diplotkan dalam Rajah 2, pada beberapa keadaan dalam masa. Medan berayun pada frekuensi "F".
rajah 2. Perhatikan medan elektrik (X, Y, Z) = (0,0,0) pada masa yang berbeza.
Medan elektrik diperhatikan pada asal, berayun ke depan dan ke belakang dalam amplitud. Medan elektrik sentiasa di sepanjang paksi-x yang ditunjukkan. Oleh kerana medan elektrik dikekalkan sepanjang satu baris, medan ini boleh dikatakan terkutub secara linear. Selain itu, jika paksi-X selari dengan tanah, medan ini juga digambarkan sebagai terkutub mendatar. Jika medan berorientasikan sepanjang paksi Y, gelombang boleh dikatakan terkutub menegak.
Gelombang terkutub linear tidak perlu diarahkan sepanjang paksi mendatar atau menegak. Sebagai contoh, gelombang medan elektrik dengan kekangan terletak di sepanjang garisan seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3 juga akan terkutub secara linear.
imej 3. Amplitud medan elektrik bagi gelombang terkutub linear yang trajektorinya ialah sudut.
Medan elektrik dalam Rajah 3 boleh diterangkan dengan persamaan (2). Kini terdapat komponen x dan y medan elektrik. Kedua-dua komponen adalah sama saiz.
Satu perkara yang perlu diperhatikan tentang persamaan (2) ialah komponen xy dan medan elektronik dalam peringkat kedua. Ini bermakna kedua-dua komponen mempunyai amplitud yang sama pada setiap masa.
polarisasi bulat
Sekarang andaikan bahawa medan elektrik gelombang satah diberikan oleh persamaan (3):
Dalam kes ini, unsur-X dan Y adalah 90 darjah daripada fasa. Jika medan diperhatikan sebagai (X, Y, Z) = (0,0,0) sekali lagi seperti sebelumnya, medan elektrik lawan lengkung masa akan muncul seperti ditunjukkan di bawah dalam Rajah 4.
Rajah 4. Kekuatan medan elektrik (X, Y, Z) = (0,0,0) domain EQ. (3).
Medan elektrik dalam Rajah 4 berputar dalam bulatan. Medan jenis ini digambarkan sebagai gelombang terkutub bulat. Untuk polarisasi bulat, kriteria berikut mesti dipenuhi:
- Standard untuk polarisasi bulat
- Medan elektrik mesti mempunyai dua komponen ortogonal (serenjang).
- Komponen ortogon medan elektrik mestilah mempunyai amplitud yang sama.
- Komponen kuadratur mestilah 90 darjah keluar dari fasa.
Jika bergerak pada skrin Wave Figure 4, putaran medan dikatakan mengikut arah lawan jam dan terkutub bulatan tangan kanan (RHCP). Jika medan diputar mengikut arah jam, medan tersebut akan menjadi polarisasi bulatan kidal (LHCP).
Polarisasi elips
Jika medan elektrik mempunyai dua komponen berserenjang, 90 darjah keluar dari fasa tetapi sama magnitud, medan itu akan terkutub secara elips. Mempertimbangkan medan elektrik gelombang satah bergerak dalam arah +z, diterangkan oleh Persamaan (4):
Lokus titik di mana hujung vektor medan elektrik akan diandaikan diberikan dalam Rajah 5
Rajah 5. Medan elektrik gelombang polarisasi elips segera. (4).
Medan dalam Rajah 5, bergerak dalam arah lawan jam, akan menjadi elips tangan kanan jika bergerak keluar dari skrin. Jika vektor medan elektrik berputar ke arah yang bertentangan, medan itu akan terkutub elips kidal.
Tambahan pula, polarisasi elips merujuk kepada kesipiannya. Nisbah kesipian kepada amplitud paksi besar dan kecil. Sebagai contoh, kesipian gelombang daripada persamaan (4) ialah 1/0.3= 3.33. Gelombang terkutub eliptik diterangkan lagi dengan arah paksi utama. Persamaan gelombang (4) mempunyai paksi yang terutamanya terdiri daripada paksi-x. Perhatikan bahawa paksi utama boleh berada pada mana-mana sudut satah. Sudut tidak diperlukan untuk memuatkan paksi X, Y atau Z. Akhir sekali, adalah penting untuk ambil perhatian bahawa kedua-dua polarisasi bulat dan linear adalah kes khas polarisasi elips. 1.0 gelombang terkutub elips sipi ialah gelombang terkutub bulat. Gelombang terkutub elips dengan kesipian tak terhingga. Gelombang terkutub linear.
Polarisasi antena
Sekarang setelah kita mengetahui tentang medan elektromagnet gelombang satah terkutub, polarisasi antena ditakrifkan secara ringkas.
Polarisasi Antena Penilaian medan jauh antena, polarisasi medan sinaran yang terhasil. Oleh itu, antena selalunya disenaraikan sebagai "berpolarisasi linear" atau "antena terpolarisasi bulatan tangan kanan".
Konsep mudah ini penting untuk komunikasi antena. Pertama, antena terkutub mendatar tidak akan berkomunikasi dengan antena terkutub menegak. Oleh kerana teorem timbal balik, antena menghantar dan menerima dengan cara yang sama. Oleh itu, antena terkutub menegak menghantar dan menerima medan terkutub menegak. Oleh itu, jika anda cuba menyampaikan antena terpolarisasi mendatar terkutub menegak, tidak akan ada penerimaan.
Dalam kes umum, untuk dua antena terpolarisasi linear yang diputar secara relatif antara satu sama lain dengan sudut ( ), kehilangan kuasa akibat ketidakpadanan polarisasi ini akan diterangkan oleh faktor kehilangan polarisasi (PLF):
Oleh itu, jika dua antena mempunyai polarisasi yang sama, sudut antara medan elektron penyinaran mereka adalah sifar dan tiada kehilangan kuasa akibat ketidakpadanan polarisasi. Jika satu antena terkutub menegak dan satu lagi terkutub mendatar, sudutnya ialah 90 darjah, dan tiada kuasa akan dipindahkan.
NOTA: Mengalihkan telefon di atas kepala anda ke sudut yang berbeza menerangkan sebab penerimaan kadangkala boleh ditingkatkan. Antena telefon bimbit biasanya terpolarisasi secara linear, jadi memutar telefon selalunya boleh memadankan polarisasi telefon, sekali gus meningkatkan penerimaan.
Polarisasi bulat adalah ciri yang wajar bagi kebanyakan antena. Kedua-dua antena terkutub bulat dan tidak mengalami kehilangan isyarat akibat ketidakpadanan polarisasi. Antena yang digunakan dalam sistem GPS adalah terkutub bulatan sebelah kanan.
Sekarang andaikan bahawa antena terkutub linear menerima gelombang terkutub bulat. Setara, anggap bahawa antena terkutub bulat cuba menerima gelombang terkutub linear. Apakah faktor kehilangan polarisasi yang terhasil?
Ingat bahawa polarisasi bulat sebenarnya adalah dua gelombang terpolarisasi linear ortogon, 90 darjah keluar dari fasa. Oleh itu, antena terkutub linear (LP) hanya akan menerima komponen fasa gelombang terkutub bulat (CP). Oleh itu, antena LP akan mempunyai kehilangan ketidakpadanan polarisasi sebanyak 0.5 (-3dB). Ini benar tidak kira apa sudut antena LP diputar. oleh itu:
Faktor kehilangan polarisasi kadangkala dirujuk sebagai kecekapan polarisasi, faktor ketidakpadanan antena, atau faktor penerimaan antena. Kesemua nama ini merujuk kepada konsep yang sama.
Masa siaran: Dis-22-2023
