Η πόλωση είναι ένα από τα βασικά χαρακτηριστικά των κεραιών. Πρώτα πρέπει να κατανοήσουμε την πόλωση των επίπεδων κυμάτων. Στη συνέχεια, μπορούμε να συζητήσουμε τους κύριους τύπους πόλωσης κεραίας.
γραμμική πόλωση
Θα αρχίσουμε να κατανοούμε την πόλωση ενός επίπεδου ηλεκτρομαγνητικού κύματος.
Ένα επίπεδο ηλεκτρομαγνητικό (EM) 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 προς την κατεύθυνση διάδοσης των επίπεδων κυμάτων. Ως παράδειγμα, θεωρήστε ένα ηλεκτρικό πεδίο μονής 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 στην κατεύθυνση +y.
Στην εξίσωση (1), παρατηρήστε τον συμβολισμό: . Αυτό είναι ένα μοναδιαίο διάνυσμα (ένα διάνυσμα μήκους), το οποίο λέει ότι το σημείο του ηλεκτρικού πεδίου είναι προς την κατεύθυνση x. Το επίπεδο κύμα απεικονίζεται στο σχήμα 1.
σχήμα 1. Γραφική αναπαράσταση του ηλεκτρικού πεδίου που κινείται προς την κατεύθυνση +z.
Η πόλωση είναι το ίχνος και το σχήμα διάδοσης (περίγραμμα) ενός ηλεκτρικού πεδίου. Ως παράδειγμα, θεωρήστε την εξίσωση ηλεκτρικού πεδίου επιπέδου κυμάτων (1). Θα παρατηρήσουμε τη θέση όπου το ηλεκτρικό πεδίο είναι (X,Y,Z) = (0,0,0) σε συνάρτηση με το χρόνο. Το πλάτος αυτού του πεδίου απεικονίζεται στο Σχήμα 2, σε πολλές 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, ταλαντούμενο εμπρός και πίσω σε πλάτος. Το ηλεκτρικό πεδίο βρίσκεται πάντα κατά μήκος του υποδεικνυόμενου άξονα x. Δεδομένου ότι το ηλεκτρικό πεδίο διατηρείται κατά μήκος μιας ενιαίας γραμμής, αυτό το πεδίο μπορεί να ειπωθεί ότι είναι γραμμικά πολωμένο. Επιπλέον, εάν ο άξονας Χ είναι παράλληλος με το έδαφος, αυτό το πεδίο περιγράφεται επίσης ως οριζόντια πολωμένο. Εάν το πεδίο είναι προσανατολισμένο κατά μήκος του άξονα Υ, το κύμα μπορεί να ειπωθεί ότι είναι κατακόρυφα πολωμένο.
Τα γραμμικά πολωμένα κύματα δεν χρειάζεται να κατευθύνονται κατά μήκος οριζόντιου ή κατακόρυφου άξονα. Για παράδειγμα, ένα κύμα ηλεκτρικού πεδίου με έναν 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 γωνία.
Το ηλεκτρικό πεδίο στο Σχήμα 3 μπορεί να περιγραφεί με την εξίσωση (2). Τώρα υπάρχει μια συνιστώσα x και y του ηλεκτρικού πεδίου. Και τα δύο εξαρτήματα είναι ίσα σε μέγεθος.
Ένα πράγμα που πρέπει να σημειωθεί σχετικά με την εξίσωση (2) είναι τα πεδία xy-συστατικού και τα ηλεκτρονικά πεδία στο δεύτερο στάδιο. Αυτό σημαίνει ότι και τα δύο στοιχεία έχουν το ίδιο πλάτος ανά πάσα στιγμή.
κυκλική πόλωση
Τώρα υποθέστε ότι το ηλεκτρικό πεδίο ενός επίπεδου κύματος δίνεται από την εξίσωση (3):
Σε αυτή την περίπτωση, τα στοιχεία Χ και Υ είναι κατά 90 μοίρες εκτός φάσης. Εάν το πεδίο παρατηρηθεί ως (X, Y, Z) = (0,0,0) ξανά όπως πριν, η καμπύλη ηλεκτρικού πεδίου έναντι χρόνου θα εμφανιστεί όπως φαίνεται παρακάτω στο Σχήμα 4.
Σχήμα 4. Ένταση ηλεκτρικού πεδίου (Χ, Υ, Ζ) = (0,0,0) Περιοχή EQ. (3).
Το ηλεκτρικό πεδίο στο σχήμα 4 περιστρέφεται κυκλικά. Αυτός ο τύπος πεδίου περιγράφεται ως ένα 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.
- Τα στοιχεία τετραγωνισμού πρέπει να είναι 90 μοίρες εκτός φάσης.
Εάν ταξιδεύετε στην οθόνη Wave Figure 4, η περιστροφή του πεδίου λέγεται ότι είναι αριστερόστροφα και δεξιόστροφα κυκλικά πολωμένη (RHCP). Εάν το πεδίο περιστραφεί κατά τη φορά των δεικτών του ρολογιού, το πεδίο θα είναι αριστερόστροφη κυκλική πόλωση (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 προς την κατεύθυνση +z, που περιγράφεται από την Εξίσωση (4):
Ο τόπος του σημείου στο οποίο θα υποθέσει η κορυφή του διανύσματος ηλεκτρικού πεδίου δίνεται στο σχήμα 5
Εικόνα 5. Προτροπή ηλεκτρικού πεδίου κύματος ελλειπτικής πόλωσης. (4).
Το πεδίο στο Σχήμα 5, που ταξιδεύει αριστερόστροφα, θα είναι δεξιόστροφο ελλειπτικό εάν ταξιδεύει έξω από την οθόνη. Εάν το διάνυσμα ηλεκτρικού πεδίου περιστρέφεται προς την αντίθετη κατεύθυνση, το πεδίο θα είναι αριστερόστροφο ελλειπτικά πολωμένο.
Επιπλέον, η ελλειπτική πόλωση αναφέρεται στην εκκεντρικότητά της. Ο λόγος της εκκεντρότητας προς το πλάτος του κύριου και του δευτερεύοντος άξονα. Για παράδειγμα, η εκκεντρότητα κύματος από την εξίσωση (4) είναι 1/0,3= 3,33. Τα ελλειπτικά πολωμένα κύματα περιγράφονται περαιτέρω από την κατεύθυνση του κύριου άξονα. Η κυματική εξίσωση (4) έχει έναν άξονα που αποτελείται κυρίως από τον άξονα x. Σημειώστε ότι ο κύριος άξονας μπορεί να είναι σε οποιαδήποτε επίπεδη γωνία. Η γωνία δεν απαιτείται για 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 έκκεντρο ελλειπτικά πολωμένο κύμα 1.0 είναι ένα κυκλικά πολωμένο κύμα. Ελλειπτικά πολωμένα κύματα με άπειρη εκκεντρότητα. Γραμμικά πολωμένα κύματα.
Πόλωση κεραίας
Τώρα που γνωρίζουμε τα ηλεκτρομαγνητικά πεδία πολωμένου επιπέδου κυμάτων, η πόλωση μιας κεραίας ορίζεται απλώς.
Πόλωση κεραίας Μια αξιολόγηση απομακρυσμένου πεδίου κεραίας, η πόλωση του προκύπτοντος ακτινοβολούμενου πεδίου. Ως εκ τούτου, οι κεραίες αναφέρονται συχνά ως "γραμμικά πολωμένες" ή "δεξιόστροφες κυκλικά πολωμένες κεραίες".
Αυτή η απλή ιδέα είναι σημαντική για τις επικοινωνίες κεραίας. Πρώτον, μια οριζόντια πολωμένη κεραία δεν θα επικοινωνεί με μια κατακόρυφα πολωμένη κεραία. Λόγω του θεωρήματος της αμοιβαιότητας, η κεραία εκπέμπει και λαμβάνει με τον ίδιο ακριβώς τρόπο. Επομένως, οι κάθετα πολωμένες κεραίες εκπέμπουν και λαμβάνουν κατακόρυφα πολωμένα πεδία. Επομένως, εάν προσπαθήσετε να μεταφέρετε μια κατακόρυφα 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 παράγοντα απώλειας πόλωσης (PLF):
Επομένως, εάν δύο κεραίες έχουν την ίδια πόλωση, η γωνία μεταξύ των πεδίων ηλεκτρονίων που ακτινοβολούν είναι μηδέν και δεν υπάρχει απώλεια ισχύος λόγω αναντιστοιχίας πόλωσης. Εάν η μία κεραία είναι κατακόρυφα πολωμένη και η άλλη οριζόντια, 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 μερικές φορές η λήψη μπορεί να αυξηθεί. Οι κεραίες 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 στα συστήματα GPS είναι δεξιά κυκλικά πολωμένες.
Τώρα υποθέστε ότι μια γραμμικά πολωμένη κεραία δέχεται κυκλικά πολωμένα κύματα. Ισοδύναμα, υποθέστε ότι μια κυκλικά πολωμένη κεραία επιχειρεί να λάβει γραμμικά πολωμένα κύματα. Ποιος είναι ο συντελεστής απώλειας πόλωσης που προκύπτει;
Θυμηθείτε ότι η κυκλική πόλωση είναι στην πραγματικότητα δύο ορθογώνια γραμμικά πολωμένα κύματα, 90 μοίρες εκτός φάσης. Επομένως, μια γραμμικά πολωμένη (LP) κεραία θα λάβει μόνο το συστατικό φάσης κύματος κυκλικά πολωμένου (CP). Επομένως, η κεραία LP θα έχει απώλεια ασυμφωνίας πόλωσης 0,5 (-3dB). Αυτό ισχύει ανεξάρτητα από τη γωνία περιστροφής της κεραίας LP. επομένως:
Ο παράγοντας απώλειας πόλωσης αναφέρεται μερικές φορές ως απόδοση πόλωσης, παράγοντας ασυμφωνίας κεραίας ή παράγοντας λήψης κεραίας. Όλα αυτά τα ονόματα αναφέρονται στην ίδια έννοια.
Ώρα δημοσίευσης: Δεκ-22-2023
