Pengkutuban merupakan salah satu ciri asas antena. Pertama sekali kita perlu memahami pengutuban gelombang satah. Kemudian kita boleh membincangkan jenis-jenis utama pengutuban antena.
polarisasi linear
Kita akan mula memahami polarisasi gelombang elektromagnet satah.
Gelombang elektromagnet (EM) satah mempunyai beberapa ciri. Yang pertama ialah kuasa bergerak dalam satu arah (tiada perubahan medan dalam dua arah ortogon). Kedua, medan elektrik dan medan magnet 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 dalam arah +x. Medan magnet berada dalam arah +y.
Dalam persamaan (1), perhatikan notasi: . Ini ialah vektor unit (vektor panjang), yang menyatakan bahawa titik medan elektrik berada dalam arah x. Gelombang satah digambarkan dalam Rajah 1.
rajah 1. Perwakilan grafik medan elektrik yang bergerak dalam arah +z.
Polarisasi ialah bentuk surih dan perambatan (kontur) medan elektrik. Sebagai contoh, pertimbangkan persamaan medan elektrik gelombang satah (1). Kita akan memerhatikan kedudukan di mana medan elektrik ialah (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 asalan, berayun ke depan dan ke belakang dalam amplitud. Medan elektrik sentiasa berada di sepanjang paksi-x yang ditunjukkan. Oleh kerana medan elektrik dikekalkan di sepanjang satu garis, medan ini boleh dikatakan terkutub secara linear. Selain itu, jika paksi-X selari dengan tanah, medan ini juga digambarkan sebagai terkutub secara mendatar. Jika medan berorientasikan di sepanjang paksi-Y, gelombang boleh dikatakan terkutub secara menegak.
Gelombang terkutub linear tidak perlu dihalakan sepanjang paksi mendatar atau menegak. Contohnya, gelombang medan elektrik dengan kekangan yang terletak di sepanjang garis seperti yang ditunjukkan dalam Rajah 3 juga akan terkutub linear.
imej 3. Amplitud medan elektrik bagi gelombang terkutub linear yang trajektorinya ialah sudut.
Medan elektrik dalam Rajah 3 boleh digambarkan melalui persamaan (2). Kini terdapat komponen x dan y bagi medan elektrik. Kedua-dua komponen tersebut adalah sama saiz.
Satu perkara yang perlu diberi perhatian tentang persamaan (2) ialah komponen xy dan medan elektronik pada 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 berada 90 darjah di luar fasa. Jika medan diperhatikan sebagai (X, Y, Z) = (0,0,0) sekali lagi seperti sebelumnya, lengkung medan elektrik lawan masa akan muncul seperti yang 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 pengkutuban bulat, kriteria berikut mesti dipenuhi:
- Piawai untuk polarisasi bulat
- Medan elektrik mesti mempunyai dua komponen ortogon (serenjang).
- Komponen ortogon medan elektrik mesti mempunyai amplitud yang sama.
- Komponen kuadratur mestilah 90 darjah di luar fasa.
Jika bergerak pada skrin Gelombang Rajah 4, putaran medan dikatakan berlawanan arah jam dan terkutub bulat tangan kanan (RHCP). Jika medan diputar mengikut arah jam, medan tersebut akan menjadi terkutub bulat tangan kiri (LHCP).
Polarisasi elips
Jika medan elektrik mempunyai dua komponen serenjang, 90 darjah di luar fasa tetapi sama magnitud, medan tersebut akan terkutub secara elips. Dengan mempertimbangkan medan elektrik gelombang satah yang bergerak dalam arah +z, yang 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 pantas. (4).
Medan dalam Rajah 5, yang 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 tersebut akan terkutub secara elips tangan kiri.
Tambahan pula, polarisasi elips merujuk kepada kesipiannya. Nisbah kesipian kepada amplitud paksi major dan minor. Contohnya, kesipian gelombang daripada persamaan (4) ialah 1/0.3= 3.33. Gelombang terkutub elips diterangkan lebih lanjut oleh arah paksi major. Persamaan gelombang (4) mempunyai paksi yang terutamanya terdiri daripada paksi-x. Perhatikan bahawa paksi major boleh berada pada sebarang sudut satah. Sudut tidak diperlukan untuk menyesuaikan paksi X, Y atau Z. Akhir sekali, adalah penting untuk diperhatikan bahawa kedua-dua polarisasi bulat dan linear adalah kes khas polarisasi elips. 1.0 gelombang terkutub elips eksentrik ialah gelombang terkutub bulat. Gelombang terkutub elips dengan kesipian tak terhingga. Gelombang terkutub linear.
Polarisasi antena
Sekarang kita menyedari tentang medan elektromagnet gelombang satah terkutub, pengkutuban antena ditakrifkan dengan mudah.
Polarisasi Antena Penilaian medan jauh antena, iaitu polarisasi medan sinaran yang terhasil. Oleh itu, antena sering disenaraikan sebagai "terkutub linear" atau "antena terkutub bulat tangan kanan".
Konsep mudah ini penting untuk komunikasi antena. Pertama, antena terkutub mendatar tidak akan berkomunikasi dengan antena terkutub menegak. Disebabkan oleh 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 terkutub mendatar terkutub menegak, tiada penerimaan akan berlaku.
Dalam kes umum, bagi dua antena terkutub linear yang diputar 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 pancarannya adalah sifar dan tiada kehilangan kuasa disebabkan oleh ketidakpadanan polarisasi. Jika satu antena terkutub secara menegak dan yang satu lagi terkutub secara mendatar, sudutnya adalah 90 darjah, dan tiada kuasa akan dipindahkan.
NOTA: Menggerakkan telefon di atas kepala anda ke sudut yang berbeza menjelaskan mengapa penerimaan kadangkala boleh ditingkatkan. Antena telefon bimbit biasanya terkutub secara linear, jadi memutar telefon selalunya boleh memadankan polarisasi telefon, sekali gus meningkatkan penerimaan.
Pengkutuban bulat merupakan ciri yang diingini bagi kebanyakan antena. Kedua-dua antena terkutub secara bulat dan tidak mengalami kehilangan isyarat akibat ketidakpadanan pengutuban. Antena yang digunakan dalam sistem GPS terkutub secara bulat sebelah kanan.
Sekarang andaikan bahawa antena terkutub linear menerima gelombang terkutub bulat. Secara setara, andaikan bahawa antena terkutub bulat cuba menerima gelombang terkutub linear. Apakah faktor kehilangan kutub yang terhasil?
Ingat bahawa polarisasi bulat sebenarnya adalah dua gelombang terkutub linear ortogon, 90 darjah di luar 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 adalah benar tidak kira sudut mana antena LP diputarkan. Oleh itu:
Faktor kehilangan polarisasi kadangkala dirujuk sebagai kecekapan polarisasi, faktor ketidakpadanan antena atau faktor penerimaan antena. Semua nama ini merujuk kepada konsep yang sama.
Masa siaran: 22 Dis-2023
