Η πόλωση είναι ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά των κεραιών. Αρχικά, πρέπει να κατανοήσουμε την πόλωση των επίπεδων κυμάτων. Στη συνέχεια, μπορούμε να συζητήσουμε τους κύριους τύπους πόλωσης των κεραιών.
γραμμική πόλωση
Θα αρχίσουμε να κατανοούμε την πόλωση ενός επίπεδου ηλεκτρομαγνητικού κύματος.
Ένα επίπεδο ηλεκτρομαγνητικό (ΗΜ) κύμα έχει πολλά χαρακτηριστικά. Το πρώτο είναι ότι η ισχύς ταξιδεύει προς μία κατεύθυνση (κανένα πεδίο δεν αλλάζει σε δύο ορθογώνιες κατευθύνσεις). Δεύτερον, το ηλεκτρικό πεδίο και το μαγνητικό πεδίο είναι κάθετα μεταξύ τους και ορθογώνια μεταξύ τους. Τα ηλεκτρικά και μαγνητικά πεδία είναι κάθετα στην κατεύθυνση διάδοσης του επίπεδου κύματος. Για παράδειγμα, θεωρήστε ένα ηλεκτρικό πεδίο μίας συχνότητας (πεδίο Ε) που δίνεται από την εξίσωση (1). Το ηλεκτρομαγνητικό πεδίο ταξιδεύει προς την κατεύθυνση +z. Το ηλεκτρικό πεδίο κατευθύνεται προς την κατεύθυνση +x. Το μαγνητικό πεδίο είναι προς την κατεύθυνση +y.
Στην εξίσωση (1), παρατηρήστε τη συμβολική παράσταση: . Αυτό είναι ένα μοναδιαίο διάνυσμα (ένα διάνυσμα μήκους), το οποίο δηλώνει ότι το σημείο του ηλεκτρικού πεδίου βρίσκεται στην κατεύθυνση x. Το επίπεδο κύμα απεικονίζεται στο Σχήμα 1.
σχήμα 1. Γραφική αναπαράσταση του ηλεκτρικού πεδίου που διαδίδεται προς την κατεύθυνση +z.
Η πόλωση είναι το ίχνος και το σχήμα διάδοσης (περίγραμμα) ενός ηλεκτρικού πεδίου. Για παράδειγμα, εξετάστε την εξίσωση του επίπεδου κύματος του ηλεκτρικού πεδίου (1). Θα παρατηρήσουμε τη θέση όπου το ηλεκτρικό πεδίο είναι (X,Y,Z) = (0,0,0) ως συνάρτηση του χρόνου. Το πλάτος αυτού του πεδίου απεικονίζεται στο Σχήμα 2, σε διάφορες χρονικές στιγμές. Το πεδίο ταλαντώνεται στη συχνότητα "F".
σχήμα 2. Παρατηρήστε το ηλεκτρικό πεδίο (X, Y, Z) = (0,0,0) σε διαφορετικές χρονικές στιγμές.
Το ηλεκτρικό πεδίο παρατηρείται στην αρχή των αξόνων, ταλαντούμενο μπρος-πίσω σε πλάτος. Το ηλεκτρικό πεδίο βρίσκεται πάντα κατά μήκος του υποδεικνυόμενου άξονα x. Δεδομένου ότι το ηλεκτρικό πεδίο διατηρείται κατά μήκος μίας μόνο γραμμής, αυτό το πεδίο μπορεί να θεωρηθεί γραμμικά πολωμένο. Επιπλέον, εάν ο άξονας X είναι παράλληλος με το έδαφος, αυτό το πεδίο περιγράφεται επίσης ως οριζόντια πολωμένο. Εάν το πεδίο είναι προσανατολισμένο κατά μήκος του άξονα Y, το κύμα μπορεί να θεωρηθεί κάθετα πολωμένο.
Τα γραμμικά πολωμένα κύματα δεν χρειάζεται να κατευθύνονται κατά μήκος ενός οριζόντιου ή κάθετου άξονα. Για παράδειγμα, ένα ηλεκτρικό κύμα πεδίου με περιορισμό που βρίσκεται κατά μήκος μιας γραμμής όπως φαίνεται στο Σχήμα 3 θα ήταν επίσης γραμμικά πολωμένο.
εικόνα 3. Το πλάτος του ηλεκτρικού πεδίου ενός γραμμικά πολωμένου κύματος του οποίου η τροχιά είναι μια γωνία.
Το ηλεκτρικό πεδίο στο Σχήμα 3 μπορεί να περιγραφεί από την εξίσωση (2). Τώρα υπάρχει μια συνιστώσα x και y του ηλεκτρικού πεδίου. Και οι δύο συνιστώσες έχουν ίσο μέγεθος.
Ένα πράγμα που πρέπει να σημειωθεί σχετικά με την εξίσωση (2) είναι η συνιστώσα xy και τα ηλεκτρονικά πεδία στο δεύτερο στάδιο. Αυτό σημαίνει ότι και οι δύο συνιστώσες έχουν το ίδιο πλάτος ανά πάσα στιγμή.
κυκλική πόλωση
Τώρα υποθέστε ότι το ηλεκτρικό πεδίο ενός επίπεδου κύματος δίνεται από την εξίσωση (3):
Σε αυτήν την περίπτωση, τα στοιχεία Χ και Υ βρίσκονται σε διαφορά φάσης 90 μοιρών. Εάν το πεδίο παρατηρηθεί ξανά ως (X, Y, Z) = (0,0,0) όπως πριν, η καμπύλη ηλεκτρικού πεδίου ως προς τον χρόνο θα εμφανιστεί όπως φαίνεται παρακάτω στο Σχήμα 4.
Σχήμα 4. Ένταση ηλεκτρικού πεδίου (X, Y, Z) = (0,0,0) τομέας EQ. (3).
Το ηλεκτρικό πεδίο στο Σχήμα 4 περιστρέφεται κυκλικά. Αυτός ο τύπος πεδίου περιγράφεται ως κυκλικά πολωμένο κύμα. Για την κυκλική πόλωση, πρέπει να πληρούνται τα ακόλουθα κριτήρια:
- Πρότυπο για κυκλική πόλωση
- Το ηλεκτρικό πεδίο πρέπει να έχει δύο ορθογώνιες (κάθετες) συνιστώσες.
- Οι ορθογώνιες συνιστώσες του ηλεκτρικού πεδίου πρέπει να έχουν ίσα πλάτη.
- Οι συνιστώσες τετραγωνισμού πρέπει να είναι 90 μοίρες εκτός φάσης.
Εάν ταξιδεύετε στην οθόνη Wave Figure 4, η περιστροφή του πεδίου λέγεται ότι είναι αριστερόστροφη και δεξιόστροφα κυκλικά πολωμένη (RHCP). Εάν το πεδίο περιστραφεί δεξιόστροφα, το πεδίο θα είναι αριστερόστροφα κυκλικά πολωμένο (LHCP).
Ελλειπτική πόλωση
Εάν το ηλεκτρικό πεδίο έχει δύο κάθετες συνιστώσες, 90 μοίρες εκτός φάσης αλλά ίσου μεγέθους, το πεδίο θα είναι ελλειπτικά πολωμένο. Λαμβάνοντας υπόψη το ηλεκτρικό πεδίο ενός επίπεδου κύματος που ταξιδεύει στην κατεύθυνση +z, που περιγράφεται από την Εξίσωση (4):
Ο τόπος του σημείου στο οποίο θα λάβει την άκρη του διανύσματος του ηλεκτρικού πεδίου δίνεται στο Σχήμα 5
Σχήμα 5. Ηλεκτρικό πεδίο κύματος πόλωσης άμεσης ελλειπτικής ροής. (4).
Το πεδίο στο Σχήμα 5, που κινείται αριστερόστροφα, θα είναι δεξιόστροφο ελλειπτικό αν κινείται εκτός της οθόνης. Εάν το διάνυσμα του ηλεκτρικού πεδίου περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, το πεδίο θα είναι αριστερόστροφα ελλειπτικά πολωμένο.
Επιπλέον, η ελλειπτική πόλωση αναφέρεται στην εκκεντρότητά της. Ο λόγος της εκκεντρότητας προς το πλάτος του κύριου και του δευτερεύοντος άξονα. Για παράδειγμα, η εκκεντρότητα του κύματος από την εξίσωση (4) είναι 1/0,3= 3,33. Τα ελλειπτικά πολωμένα κύματα περιγράφονται περαιτέρω από την κατεύθυνση του κύριου άξονα. Η εξίσωση κύματος (4) έχει έναν άξονα που αποτελείται κυρίως από τον άξονα x. Σημειώστε ότι ο κύριος άξονας μπορεί να βρίσκεται σε οποιαδήποτε επίπεδη γωνία. Η γωνία δεν απαιτείται να ταιριάζει στον άξονα X, Y ή Z. Τέλος, είναι σημαντικό να σημειωθεί ότι τόσο η κυκλική όσο και η γραμμική πόλωση είναι ειδικές περιπτώσεις ελλειπτικής πόλωσης. Το 1,0 εκκεντρικό ελλειπτικά πολωμένο κύμα είναι ένα κυκλικά πολωμένο κύμα. Ελλειπτικά πολωμένα κύματα με άπειρη εκκεντρότητα. Γραμμικά πολωμένα κύματα.
Πόλωση κεραίας
Τώρα που γνωρίζουμε τα πολωμένα ηλεκτρομαγνητικά πεδία επίπεδου κύματος, η πόλωση μιας κεραίας ορίζεται απλά.
Πόλωση κεραίας Μια αξιολόγηση μακρινού πεδίου κεραίας, η πόλωση του προκύπτοντος ακτινοβολούμενου πεδίου. Επομένως, οι κεραίες συχνά αναφέρονται ως "γραμμικά πολωμένες" ή "δεξιόστροφα κυκλικά πολωμένες κεραίες".
Αυτή η απλή ιδέα είναι σημαντική για τις επικοινωνίες μέσω κεραίας. Πρώτον, μια οριζόντια πολωμένη κεραία δεν θα επικοινωνήσει με μια κάθετα πολωμένη κεραία. Λόγω του θεωρήματος αμοιβαιότητας, η κεραία μεταδίδει και λαμβάνει με τον ίδιο ακριβώς τρόπο. Επομένως, οι κάθετα πολωμένες κεραίες μεταδίδουν και λαμβάνουν κάθετα πολωμένα πεδία. Επομένως, αν προσπαθήσετε να μεταφέρετε μια κάθετα πολωμένη οριζόντια πολωμένη κεραία, δεν θα υπάρχει λήψη.
Στη γενική περίπτωση, για δύο γραμμικά πολωμένες κεραίες που περιστρέφονται η μία ως προς την άλλη κατά γωνία ( ), η απώλεια ισχύος λόγω αυτής της αναντιστοιχίας πόλωσης θα περιγραφεί από τον συντελεστή απώλειας πόλωσης (PLF):
Επομένως, εάν δύο κεραίες έχουν την ίδια πόλωση, η γωνία μεταξύ των ακτινοβολούντων ηλεκτρονιακών πεδίων τους είναι μηδέν και δεν υπάρχει απώλεια ισχύος λόγω αναντιστοιχίας πόλωσης. Εάν η μία κεραία είναι κάθετα πολωμένη και η άλλη οριζόντια πολωμένη, η γωνία είναι 90 μοίρες και δεν θα μεταφερθεί ισχύς.
ΣΗΜΕΙΩΣΗ: Η μετακίνηση του τηλεφώνου πάνω από το κεφάλι σας σε διαφορετικές γωνίες εξηγεί γιατί η λήψη μπορεί μερικές φορές να αυξηθεί. Οι κεραίες των κινητών τηλεφώνων είναι συνήθως γραμμικά πολωμένες, επομένως η περιστροφή του τηλεφώνου μπορεί συχνά να ταιριάζει με την πόλωση του τηλεφώνου, βελτιώνοντας έτσι τη λήψη.
Η κυκλική πόλωση είναι ένα επιθυμητό χαρακτηριστικό πολλών κεραιών. Και οι δύο κεραίες είναι κυκλικά πολωμένες και δεν υποφέρουν από απώλεια σήματος λόγω αναντιστοιχίας πόλωσης. Οι κεραίες που χρησιμοποιούνται σε συστήματα GPS είναι δεξιόστροφα κυκλικά πολωμένες.
Τώρα, υποθέστε ότι μια γραμμικά πολωμένη κεραία λαμβάνει κυκλικά πολωμένα κύματα. Ισοδύναμα, υποθέστε ότι μια κυκλικά πολωμένη κεραία επιχειρεί να λάβει γραμμικά πολωμένα κύματα. Ποιος είναι ο συντελεστής απώλειας πόλωσης που προκύπτει;
Υπενθυμίζεται ότι η κυκλική πόλωση αποτελείται στην πραγματικότητα από δύο ορθογώνια γραμμικά πολωμένα κύματα, 90 μοίρες εκτός φάσης. Επομένως, μια γραμμικά πολωμένη (LP) κεραία θα λαμβάνει μόνο τη συνιστώσα φάσης του κυκλικά πολωμένου (CP) κύματος. Επομένως, η κεραία LP θα έχει απώλεια αναντιστοιχίας πόλωσης 0,5 (-3dB). Αυτό ισχύει ανεξάρτητα από τη γωνία περιστροφής της κεραίας LP. Επομένως:
Ο συντελεστής απώλειας πόλωσης αναφέρεται μερικές φορές ως απόδοση πόλωσης, συντελεστής αναντιστοιχίας κεραίας ή συντελεστής λήψης κεραίας. Όλα αυτά τα ονόματα αναφέρονται στην ίδια έννοια.
Ώρα δημοσίευσης: 22 Δεκεμβρίου 2023
