Polarisatioun ass eng vun de Grondcharakteristike vun Antennen. Mir mussen als éischt d'Polarisatioun vu Planewellen verstoen. Mir kënnen dann déi Haaptzorten vun Antennenpolarisatioun diskutéieren.
linear Polariséierung
Mir fänken un, d'Polariséierung vun enger planger elektromagnetescher Well ze verstoen.
Eng planar elektromagnetesch (EM) Well huet verschidde Charakteristiken. Déi éischt ass, datt d'Energie an eng Richtung beweegt (keng Feldännerung an zwou orthogonalen Richtungen). Zweetens sinn dat elektrescht Feld an d'Magnéitfeld senkrecht zueneen an orthogonal zueneen. Elektresch a magnéitesch Felder sinn senkrecht zur Richtung vun der Planewellenausbreedung. Als Beispill betruecht een en elektrescht Feld mat enger Frequenz (E-Feld), dat duerch d'Equatioun (1) gegeben ass. Dat elektromagnetescht Feld beweegt sech an der +z-Richtung. Dat elektrescht Feld ass an der +x-Richtung geriicht. Dat Magnéitfeld ass an der +y-Richtung.
An der Equatioun (1), beobachtet d'Notatioun: . Dëst ass en Eenheetsvektor (e Vektor mat Längt), deen seet, datt de Punkt vum elektresche Feld an der x-Richtung ass. D'Flaachwelle ass an der Figur 1 illustréiert.
Figur 1. Grafesch Duerstellung vum elektresche Feld, dat sech an der +z-Richtung beweegt.
Polarisatioun ass d'Spuer- a Verbreedungsform (Kontur) vun engem elektresche Feld. Als Beispill kënne mir d'Equatioun (1) vum elektresche Feld vum Plangwelle betruechten. Mir wäerten d'Positioun observéieren, wou d'elektrescht Feld (X,Y,Z) = (0,0,0) als Funktioun vun der Zäit ass. D'Amplitude vun dësem Feld ass an der Figur 2 op verschiddene Plazen an der Zäit duergestallt. D'Feld oszilléiert mat der Frequenz "F".
Figur 2. Observéiert dat elektrescht Feld (X, Y, Z) = (0,0,0) zu verschiddenen Zäiten.
D'elektrescht Feld gëtt um Urspronk observéiert a beweegt sech an der Amplitude hin an hier. D'elektrescht Feld ass ëmmer laanscht déi uginn x-Achs. Well d'elektrescht Feld laanscht eng eenzeg Linn gehale gëtt, kann dëst Feld linear polariséiert ginn. Zousätzlech, wann d'X-Achs parallel zum Buedem ass, gëtt dëst Feld och als horizontal polariséiert beschriwwen. Wann d'Feld laanscht d'Y-Achs ausgeriicht ass, kann d'Well vertikal polariséiert ginn.
Linear polariséiert Wellen mussen net laanscht eng horizontal oder vertikal Achs geriicht sinn. Zum Beispill wier eng elektresch Feldwell mat enger Restriktioun, déi laanscht eng Linn läit, wéi an der Figur 3 gewisen, och linear polariséiert.
Bild 3. D'Amplitude vum elektresche Feld vun enger linear polariséierter Well, där hir Trajektorie e Wénkel ass.
D'elektrescht Feld an der Figur 3 kann duerch d'Equatioun (2) beschriwwe ginn. Elo gëtt et eng x- an eng y-Komponent vum elektresche Feld. Béid Komponente si gläich grouss.
Eng Saach, déi een iwwer d'Equatioun (2) bemierke soll, sinn d'xy-Komponent an d'elektronesch Felder an der zweeter Stuf. Dëst bedeit, datt béid Komponenten ëmmer déiselwecht Amplitude hunn.
zirkulär Polariséierung
Elo gëtt dovun ausgaangen, datt dat elektrescht Feld vun enger Plangwell duerch d'Equatioun (3) gegeben ass:
An dësem Fall sinn d'X- an d'Y-Elementer 90 Grad aus der Phase. Wann d'Feld erëm wéi virdrun als (X, Y, Z) = (0,0,0) observéiert gëtt, da gesäit d'elektrescht Feld géint d'Zäitkurve wéi an der Figur 4 hei ënnendrënner aus.
Figur 4. Elektresch Feldstäerkt (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ-Beräich. (3).
Dat elektrescht Feld an der Figur 4 rotéiert sech am Krees. Dës Zort Feld gëtt als zirkulär polariséiert Well beschriwwen. Fir eng zirkulär Polarisatioun mussen déi folgend Critèren erfëllt sinn:
- Standard fir kreesfërmeg Polariséierung
- D'elektrescht Feld muss zwou orthogonal (senkrecht) Komponenten hunn.
- Déi orthogonal Komponenten vum elektresche Feld mussen déiselwecht Amplituden hunn.
- D'Quadraturkomponenten mussen 90 Grad aus der Phase sinn.
Wann d'Feld um Bildschierm vun der Wellefigur 4 beweegt gëtt, gëtt gesot, datt d'Feldrotatioun géint den Auerzäresënn a rietszirkelpolariséiert (RHCP) ass. Wann d'Feld am Auerzäresënn gedréit gëtt, gëtt d'Feld lénkszirkelpolariséiert (LHCP).
Elliptesch Polariséierung
Wann dat elektrescht Feld zwou vertikal Komponenten huet, déi 90 Grad aus der Phase sinn, awer gläich grouss sinn, ass d'Feld elliptesch polariséiert. Wann een dat elektrescht Feld vun enger Plangwelle berécksiichtegt, déi sech an der +z-Richtung beweegt, wéi et duerch d'Equatioun (4) beschriwwe gëtt:
De Standuert vum Punkt, wou d'Spëtzt vum elektresche Feldvektor ugeholl gëtt, ass an der Figur 5 uginn.
Figur 5. Prompt elliptesch Polarisatiounswellenelektrescht Feld. (4).
D'Feld an der Figur 5, dat sech géint den Auerzäresënn beweegt, wier riets elliptesch, wann et ausserhalb vum Bildschierm géif beweegen. Wann den elektresche Feldvektor sech an déi entgéintgesate Richtung dréit, ass d'Feld lénks elliptesch polariséiert.
Ausserdeem bezitt sech elliptesch Polarisatioun op hir Exzentrizitéit. D'Verhältnes vun der Exzentrizitéit zu der Amplitude vun der Haapt- an der Nieweachs. Zum Beispill ass d'Wellenexzentrizitéit aus der Equatioun (4) 1/0,3 = 3,33. Elliptesch polariséiert Wellen gi weider duerch d'Richtung vun der Haaptachs beschriwwen. D'Wellenequatioun (4) huet eng Achs, déi haaptsächlech aus der x-Achs besteet. Et ass ze bemierken, datt d'Haaptachs an all Plangwénkel ka sinn. De Wénkel ass net erfuerderlech fir op d'X-, Y- oder Z-Achs ze passen. Schlussendlech ass et wichteg ze bemierken, datt souwuel kreesfërmeg wéi och linear Polarisatioun Spezialfäll vun elliptesch Polarisatioun sinn. 1,0 exzentresch elliptesch polariséiert Well ass eng kreesfërmeg polariséiert Well. Elliptesch polariséiert Wellen mat onendlecher Exzentrizitéit. Linear polariséiert Wellen.
Antennepolariséierung
Elo wou mir eis iwwer polariséiert Plangwellen-elektromagnetesch Felder bewosst sinn, ass d'Polariséierung vun enger Antenn einfach definéiert.
Antennepolariséierung Eng Fernfeldevaluatioun vun der Antenn, d'Polariséierung vum resultéierende gestraalte Feld. Dofir ginn Antennen dacks als "linear polariséiert" oder "rechtsgeriicht zirkulär polariséiert Antennen" opgezielt.
Dëst einfacht Konzept ass wichteg fir Antennekommunikatioun. Éischtens, eng horizontal polariséiert Antenn kommunizéiert net mat enger vertikal polariséierter Antenn. Wéinst dem Reziprozitéitstheorem sendet an empfänkt d'Antenn op genau déiselwecht Manéier. Dofir senden a empfänken vertikal polariséiert Antennen vertikal polariséiert Felder. Dofir, wann Dir probéiert eng vertikal polariséiert horizontal polariséiert Antenn ze vermëttelen, gëtt et keen Empfang.
Am allgemenge Fall, fir zwou linear polariséiert Antennen, déi relativ zueneen ëm en Wénkel ( ) gedréit sinn, gëtt de Leeschtungsverloscht wéinst dëser Polarisatiounsfehler duerch de Polarisatiounsverloschtfaktor (PLF) beschriwwen:
Dofir, wann zwou Antennen déiselwecht Polarisatioun hunn, ass de Wénkel tëscht hire strahlenden Elektronefelder null an et gëtt kee Stroumverloscht wéinst Polarisatiounsfehler. Wann eng Antenn vertikal polariséiert an déi aner horizontal polariséiert ass, ass de Wénkel 90 Grad, an et gëtt keng Stroum iwwerdroen.
NOTÉIERT: Wann Dir den Telefon iwwer de Kapp a verschidde Wénkelen beweegt, erkläert dat firwat den Empfang heiansdo verbessert ka ginn. Handyantennen sinn normalerweis linear polariséiert, dofir kann d'Dréie vum Telefon dacks der Polariséierung vum Telefon entspriechen an doduerch den Empfang verbesseren.
Kreespolariséierung ass eng erwënscht Charakteristik vu ville Antennen. Béid Antennen si kreespolariséiert a leiden net ënner Signalverloscht wéinst Polarisatiounsfehler. Antennen, déi a GPS-Systemer benotzt ginn, si riets kreespolariséiert.
Elo gëtt dovun ausgaangen, datt eng linear polariséiert Antenn zirkulär polariséiert Wellen empfänkt. Ähnlech gëtt dovun ausgaangen, datt eng zirkulär polariséiert Antenn probéiert, linear polariséiert Wellen ze empfänken. Wat ass de resultéierende Polarisatiounsverloschtfaktor?
Denkt drun, datt d'zirkulär Polarisatioun eigentlech zwou orthogonal linear polariséiert Wellen ass, déi 90 Grad aus der Phase sinn. Dofir empfänkt eng linear polariséiert (LP) Antenn nëmmen déi zirkulär polariséiert (CP) Wellenphasekomponent. Dofir huet d'LP-Antenn e Polarisatiounsmismatchverloscht vun 0,5 (-3dB). Dëst ass wouer, egal wéi e Wénkel d'LP-Antenn gedréit gëtt. Dofir:
De Polarisatiounsverloschtfaktor gëtt heiansdo als Polarisatiounseffizienz, Antennemismatchfaktor oder Antenneempfangsfaktor bezeechent. All dës Nimm bezéie sech op datselwecht Konzept.
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 22. Dezember 2023
