პოლარიზაცია ანტენების ერთ-ერთი ძირითადი მახასიათებელია. ჩვენ ჯერ უნდა გავიგოთ თვითმფრინავის ტალღების პოლარიზაცია. შემდეგ შეგვიძლია განვიხილოთ ანტენის პოლარიზაციის ძირითადი ტიპები.
ხაზოვანი პოლარიზაცია
ჩვენ დავიწყებთ თვითმფრინავის ელექტრომაგნიტური ტალღის პოლარიზაციის გაგებას.
პლანტურ ელექტრომაგნიტურ (EM) ტალღას აქვს რამდენიმე მახასიათებელი. პირველი ის არის, რომ სიმძლავრე მოძრაობს ერთი მიმართულებით (არ იცვლება ველი ორი ორთოგონალური მიმართულებით). მეორეც, ელექტრული ველი და მაგნიტური ველი ერთმანეთის პერპენდიკულარულია და ერთმანეთის მიმართ ორთოგონალური. ელექტრული და მაგნიტური ველები პერპენდიკულარულია სიბრტყე ტალღის გავრცელების მიმართულებაზე. მაგალითად, განვიხილოთ ერთსიხშირიანი ელექტრული ველი (E ველი), რომელიც მოცემულია (1) განტოლებით. ელექტრომაგნიტური ველი მოძრაობს +z მიმართულებით. ელექტრული ველი მიმართულია +x მიმართულებით. მაგნიტური ველი არის +y მიმართულებით.
(1) განტოლებაში დააკვირდით აღნიშვნას: . ეს არის ერთეული ვექტორი (სიგრძის ვექტორი), რომელიც ამბობს, რომ ელექტრული ველის წერტილი არის x მიმართულებით. სიბრტყე ტალღა ილუსტრირებულია სურათზე 1.
სურათი 1. ელექტრული ველის გრაფიკული გამოსახულება, რომელიც მოძრაობს +z მიმართულებით.
პოლარიზაცია არის ელექტრული ველის კვალი და გავრცელების ფორმა (კონტური). მაგალითად, განვიხილოთ თვითმფრინავის ტალღის ელექტრული ველის განტოლება (1). ჩვენ დავაკვირდებით პოზიციას, სადაც ელექტრული ველი არის (X,Y,Z) = (0,0,0) დროის მიხედვით. ამ ველის ამპლიტუდა გამოსახულია ნახაზ 2-ზე, დროის რამდენიმე შემთხვევაში. ველი რხევა "F" სიხშირით.
სურათი 2. დააკვირდით ელექტრულ ველს (X, Y, Z) = (0,0,0) სხვადასხვა დროს.
ელექტრული ველი შეინიშნება სათავეში, რომელიც ირხევა წინ და უკან ამპლიტუდაში. ელექტრული ველი ყოველთვის არის მითითებული x ღერძის გასწვრივ. ვინაიდან ელექტრული ველი შენარჩუნებულია ერთი ხაზის გასწვრივ, შეიძლება ითქვას, რომ ეს ველი ხაზოვანი პოლარიზებულია. გარდა ამისა, თუ X-ღერძი მიწის პარალელურია, ეს ველი ასევე აღწერილია, როგორც ჰორიზონტალურად პოლარიზებული. თუ ველი ორიენტირებულია Y ღერძის გასწვრივ, შეიძლება ითქვას, რომ ტალღა ვერტიკალურად პოლარიზებულია.
ხაზოვანი პოლარიზებული ტალღები არ უნდა იყოს მიმართული ჰორიზონტალური ან ვერტიკალური ღერძის გასწვრივ. მაგალითად, ელექტრული ველის ტალღა შეზღუდვით, რომელიც დევს ხაზის გასწვრივ, როგორც ნაჩვენებია სურათზე 3, ასევე იქნება ხაზოვანი პოლარიზებული.
სურათი 3. წრფივი პოლარიზებული ტალღის ელექტრული ველის ამპლიტუდა, რომლის ტრაექტორია არის კუთხე.
ელექტრული ველი ნახაზზე 3 შეიძლება აღწერილი იყოს განტოლებით (2). ახლა არის ელექტრული ველის x და y კომპონენტი. ორივე კომპონენტი ზომით თანაბარია.
ერთი რამ უნდა აღინიშნოს განტოლების შესახებ (2) არის xy კომპონენტი და ელექტრონული ველები მეორე ეტაპზე. ეს ნიშნავს, რომ ორივე კომპონენტს აქვს ერთნაირი ამპლიტუდა ნებისმიერ დროს.
წრიული პოლარიზაცია
ახლა დავუშვათ, რომ თვითმფრინავის ტალღის ელექტრული ველი მოცემულია განტოლებით (3):
ამ შემთხვევაში, X- და Y-ელემენტები 90 გრადუსით ფაზაშია. თუ ველი დაფიქსირდა როგორც (X, Y, Z) = (0,0,0) ისევ ისე, როგორც ადრე, ელექტრული ველი დროის წინააღმდეგ მრუდი გამოჩნდება, როგორც ნაჩვენებია ქვემოთ სურათზე 4.
სურათი 4. ელექტრული ველის სიძლიერე (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ დომენი. (3).
4-ზე ელექტრული ველი ბრუნავს წრეში. ამ ტიპის ველი აღწერილია, როგორც წრიული პოლარიზებული ტალღა. წრიული პოლარიზაციისთვის შემდეგი კრიტერიუმები უნდა აკმაყოფილებდეს:
- წრიული პოლარიზაციის სტანდარტი
- ელექტრულ ველს უნდა ჰქონდეს ორი ორთოგონალური (პერპენდიკულარული) კომპონენტი.
- ელექტრული ველის ორთოგონალურ კომპონენტებს უნდა ჰქონდეთ თანაბარი ამპლიტუდები.
- კვადრატული კომპონენტები უნდა იყოს 90 გრადუსით ფაზაში.
თუ მოგზაურობთ ტალღის სურათი 4-ის ეკრანზე, ველის ბრუნვა არის საათის ისრის საწინააღმდეგოდ და მარჯვნივ წრიულად პოლარიზებული (RHCP). თუ ველი ბრუნავს საათის ისრის მიმართულებით, ველი იქნება მარცხენა წრიული პოლარიზაცია (LHCP).
ელიფსური პოლარიზაცია
თუ ელექტრულ ველს აქვს ორი პერპენდიკულარული კომპონენტი, 90 გრადუსით ფაზიდან, მაგრამ თანაბარი სიდიდით, ველი იქნება ელიფსურად პოლარიზებული. განვიხილეთ სიბრტყე ტალღის ელექტრული ველი, რომელიც მოძრაობს +z მიმართულებით, აღწერილი განტოლებით (4):
წერტილის ლოკუსი, სადაც ელექტრული ველის ვექტორის წვერი დაიშვება, მოცემულია სურათზე 5.
სურათი 5. სწრაფი ელიფსური პოლარიზაციის ტალღის ელექტრული ველი. (4).
სურათი 5-ზე მოცემული ველი, რომელიც მოძრაობს საათის ისრის საწინააღმდეგო მიმართულებით, იქნება მარჯვნივ ელიფსური, თუ ეკრანიდან გადის. თუ ელექტრული ველის ვექტორი ბრუნავს საპირისპირო მიმართულებით, ველი იქნება მარცხენა მხარეს ელიფსურად პოლარიზებული.
გარდა ამისა, ელიფსური პოლარიზაცია ეხება მის ექსცენტრიულობას. ექსცენტრიულობის შეფარდება ძირითადი და მცირე ღერძების ამპლიტუდასთან. მაგალითად, ტალღის ექსცენტრიულობა (4) განტოლებიდან არის 1/0.3= 3.33. ელიფსურად პოლარიზებული ტალღები შემდგომში აღწერილია ძირითადი ღერძის მიმართულებით. ტალღის განტოლებას (4) აქვს ღერძი, რომელიც ძირითადად შედგება x-ღერძისგან. გაითვალისწინეთ, რომ ძირითადი ღერძი შეიძლება იყოს ნებისმიერი სიბრტყის კუთხით. კუთხე არ არის საჭირო X, Y ან Z ღერძისთვის. და ბოლოს, მნიშვნელოვანია აღინიშნოს, რომ როგორც წრიული, ასევე ხაზოვანი პოლარიზაცია ელიფსური პოლარიზაციის განსაკუთრებული შემთხვევებია. 1.0 ექსცენტრიული ელიფსურად პოლარიზებული ტალღა არის წრიული პოლარიზებული ტალღა. ელიფსურად პოლარიზებული ტალღები უსასრულო ექსცენტრიულობით. ხაზოვანი პოლარიზებული ტალღები.
ანტენის პოლარიზაცია
ახლა, როდესაც ჩვენ ვიცით პოლარიზებული თვითმფრინავის ელექტრომაგნიტური ველების შესახებ, ანტენის პოლარიზაცია უბრალოდ განისაზღვრება.
ანტენის პოლარიზაცია ანტენის შორეული ველის შეფასება, შედეგად გამოსხივებული ველის პოლარიზაცია. ამიტომ, ანტენები ხშირად ჩამოთვლილია როგორც "წრფივი პოლარიზებული" ან "მარჯვენა წრიული პოლარიზებული ანტენები".
ეს მარტივი კონცეფცია მნიშვნელოვანია ანტენის კომუნიკაციისთვის. პირველი, ჰორიზონტალურად პოლარიზებული ანტენა ვერ დაუკავშირდება ვერტიკალურად პოლარიზებულ ანტენას. რეციპროციულობის თეორემის გამო, ანტენა გადასცემს და იღებს ზუსტად იმავე გზით. ამიტომ, ვერტიკალურად პოლარიზებული ანტენები გადასცემენ და იღებენ ვერტიკალურად პოლარიზებულ ველებს. ამიტომ, თუ ცდილობთ ვერტიკალურად პოლარიზებული ჰორიზონტალურად პოლარიზებული ანტენის გადმოცემას, მიღება არ იქნება.
ზოგად შემთხვევაში, ორი წრფივი პოლარიზებული ანტენისთვის, რომლებიც ბრუნავს ერთმანეთთან შედარებით კუთხით ( ), პოლარიზაციის შეუსაბამობის გამო სიმძლავრის დაკარგვა აღწერილი იქნება პოლარიზაციის დაკარგვის ფაქტორით (PLF):
ამიტომ, თუ ორ ანტენას აქვს ერთი და იგივე პოლარიზაცია, მათ გამოსხივებულ ელექტრონულ ველებს შორის კუთხე ნულის ტოლია და არ არის ენერგიის დაკარგვა პოლარიზაციის შეუსაბამობის გამო. თუ ერთი ანტენა ვერტიკალურად პოლარიზებულია, მეორე კი ჰორიზონტალურად, კუთხე არის 90 გრადუსი და ძალა არ გადაეცემა.
შენიშვნა: ტელეფონის თავზე გადაადგილება სხვადასხვა კუთხით განმარტავს, რატომ შეიძლება ზოგჯერ გაიზარდოს მიღება. მობილური ტელეფონის ანტენები, როგორც წესი, ხაზოვანი პოლარიზებულია, ამიტომ ტელეფონის როტაცია ხშირად ემთხვევა ტელეფონის პოლარიზაციას, რითაც აუმჯობესებს მიღებას.
წრიული პოლარიზაცია მრავალი ანტენის სასურველი მახასიათებელია. ორივე ანტენა წრიულად პოლარიზებულია და არ განიცდის სიგნალის დაკარგვას პოლარიზაციის შეუსაბამობის გამო. GPS სისტემებში გამოყენებული ანტენები მარჯვენა ხელის წრიულად პოლარიზებულია.
ახლა დავუშვათ, რომ წრფივი პოლარიზებული ანტენა იღებს წრიულად პოლარიზებულ ტალღებს. ექვივალენტურად, დავუშვათ, რომ წრიულად პოლარიზებული ანტენა ცდილობს მიიღოს ხაზოვანი პოლარიზებული ტალღები. რა არის შედეგად პოლარიზაციის დაკარგვის ფაქტორი?
შეგახსენებთ, რომ წრიული პოლარიზაცია არის ფაქტობრივად ორი ორთოგონალური ხაზოვანი პოლარიზებული ტალღა, 90 გრადუსით ფაზიდან. ამიტომ, წრფივი პოლარიზებული (LP) ანტენა მიიღებს მხოლოდ წრიულად პოლარიზებულ (CP) ტალღის ფაზის კომპონენტს. ამრიგად, LP ანტენას ექნება პოლარიზაციის შეუსაბამობის დაკარგვა 0.5 (-3dB). ეს მართალია, მიუხედავად იმისა, თუ რა კუთხით არის შემობრუნებული LP ანტენა. ამიტომ:
პოლარიზაციის დაკარგვის ფაქტორს ზოგჯერ უწოდებენ პოლარიზაციის ეფექტურობას, ანტენის შეუსაბამობის ფაქტორს ან ანტენის მიღების ფაქტორს. ყველა ეს სახელი ერთსა და იმავე კონცეფციას ეხება.
გამოქვეყნების დრო: დეკ-22-2023
