La polarizzazione è una delle caratteristiche fondamentali delle antenne. Dobbiamo prima comprendere la polarizzazione delle onde piane. Possiamo quindi discutere i principali tipi di polarizzazione dell'antenna.
polarizzazione lineare
Inizieremo a comprendere la polarizzazione di un'onda elettromagnetica piana.
Un’onda elettromagnetica planare (EM) ha diverse caratteristiche. Il primo è che la potenza viaggia in una direzione (nessun campo cambia in due direzioni ortogonali). In secondo luogo, il campo elettrico e il campo magnetico sono perpendicolari tra loro e ortogonali tra loro. I campi elettrici e magnetici sono perpendicolari alla direzione di propagazione delle onde piane. Ad esempio, si consideri un campo elettrico a frequenza singola (campo E) dato dall'equazione (1). Il campo elettromagnetico viaggia nella direzione +z. Il campo elettrico è diretto nella direzione +x. Il campo magnetico è nella direzione +y.
Nell'equazione (1), osservare la notazione: . Questo è un vettore unitario (un vettore di lunghezza), che dice che il punto del campo elettrico è nella direzione x. L'onda piana è illustrata nella Figura 1.
figura 1. Rappresentazione grafica del campo elettrico viaggiante nella direzione +z.
La polarizzazione è la traccia e la forma di propagazione (contorno) di un campo elettrico. Ad esempio, consideriamo l'equazione del campo elettrico dell'onda piana (1). Osserveremo la posizione in cui il campo elettrico è (X,Y,Z) = (0,0,0) in funzione del tempo. L'ampiezza di questo campo è illustrata nella Figura 2, in diversi momenti nel tempo. Il campo oscilla alla frequenza "F".
figura 2. Osserva il campo elettrico (X, Y, Z) = (0,0,0) in momenti diversi.
All'origine si osserva il campo elettrico, che oscilla avanti e indietro in ampiezza. Il campo elettrico è sempre lungo l'asse x indicato. Poiché il campo elettrico è mantenuto lungo un'unica linea, si può dire che questo campo è polarizzato linearmente. Inoltre, se l'asse X è parallelo al suolo, questo campo viene anche descritto come polarizzato orizzontalmente. Se il campo è orientato lungo l'asse Y, si può dire che l'onda è polarizzata verticalmente.
Non è necessario che le onde polarizzate linearmente siano dirette lungo un asse orizzontale o verticale. Ad esempio, anche un'onda di campo elettrico con un vincolo giacente lungo una linea come mostrato nella Figura 3 sarebbe polarizzata linearmente.
immagine 3. L'ampiezza del campo elettrico di un'onda polarizzata linearmente la cui traiettoria è un angolo.
Il campo elettrico nella Figura 3 può essere descritto dall'equazione (2). Ora c'è una componente xey del campo elettrico. Entrambi i componenti hanno le stesse dimensioni.
Una cosa da notare sull'equazione (2) è la componente xy e i campi elettronici nel secondo stadio. Ciò significa che entrambe le componenti hanno sempre la stessa ampiezza.
polarizzazione circolare
Supponiamo ora che il campo elettrico di un'onda piana sia dato dall'equazione (3):
In questo caso, gli elementi X e Y sono sfasati di 90 gradi. Se il campo viene osservato nuovamente come (X, Y, Z) = (0,0,0) come prima, la curva del campo elettrico in funzione del tempo apparirà come mostrato di seguito nella Figura 4.
Figura 4. Intensità del campo elettrico (X, Y, Z) = (0,0,0) dominio EQ. (3).
Il campo elettrico nella Figura 4 ruota in un cerchio. Questo tipo di campo è descritto come un'onda polarizzata circolarmente. Per la polarizzazione circolare devono essere soddisfatti i seguenti criteri:
- Standard per la polarizzazione circolare
- Il campo elettrico deve avere due componenti ortogonali (perpendicolari).
- Le componenti ortogonali del campo elettrico devono avere ampiezze uguali.
- Le componenti in quadratura devono essere sfasate di 90 gradi.
Se si viaggia sulla schermata Wave Figure 4, si dice che la rotazione del campo sia in senso antiorario e polarizzata circolarmente destrorsa (RHCP). Se il campo viene ruotato in senso orario, il campo sarà a polarizzazione circolare sinistrorsa (LHCP).
Polarizzazione ellittica
Se il campo elettrico ha due componenti perpendicolari, sfasate di 90 gradi ma di uguale ampiezza, il campo sarà polarizzato ellitticamente. Considerando il campo elettrico di un'onda piana viaggiante nella direzione +z, descritta dall'equazione (4):
Il luogo del punto in cui assumerà la punta del vettore del campo elettrico è riportato nella Figura 5
Figura 5. Campo elettrico dell'onda di polarizzazione ellittica. (4).
Il campo nella Figura 5, viaggiando in senso antiorario, sarebbe ellittico destrorso se viaggiasse fuori dallo schermo. Se il vettore del campo elettrico ruota nella direzione opposta, il campo sarà polarizzato ellitticamente sinistrorso.
Inoltre, la polarizzazione ellittica si riferisce alla sua eccentricità. Il rapporto tra eccentricità e ampiezza degli assi maggiore e minore. Ad esempio, l'eccentricità dell'onda dell'equazione (4) è 1/0,3= 3,33. Le onde polarizzate ellitticamente sono ulteriormente descritte dalla direzione dell'asse maggiore. L'equazione d'onda (4) ha un asse costituito principalmente dall'asse x. Si noti che l'asse maggiore può trovarsi a qualsiasi angolo del piano. Non è necessario che l'angolo si adatti all'asse X, Y o Z. Infine, è importante notare che sia la polarizzazione circolare che quella lineare sono casi speciali di polarizzazione ellittica. 1.0 L'onda eccentrica polarizzata ellitticamente è un'onda polarizzata circolarmente. Onde polarizzate ellitticamente con eccentricità infinita. Onde polarizzate linearmente.
Polarizzazione dell'antenna
Ora che siamo a conoscenza dei campi elettromagnetici delle onde piane polarizzate, la polarizzazione di un'antenna è semplicemente definita.
Polarizzazione dell'antenna Una valutazione del campo lontano dell'antenna, la polarizzazione del campo irradiato risultante. Pertanto, le antenne sono spesso elencate come "antenne polarizzate linearmente" o "antenne polarizzate circolarmente destrorse".
Questo semplice concetto è importante per le comunicazioni tramite antenna. Innanzitutto, un'antenna polarizzata orizzontalmente non comunicherà con un'antenna polarizzata verticalmente. Per il teorema di reciprocità l'antenna trasmette e riceve esattamente nello stesso modo. Pertanto, le antenne polarizzate verticalmente trasmettono e ricevono campi polarizzati verticalmente. Pertanto, se si tenta di trasmettere un'antenna polarizzata verticalmente e polarizzata orizzontalmente, non ci sarà alcuna ricezione.
Nel caso generale, per due antenne polarizzate linearmente ruotate l'una rispetto all'altra di un angolo ( ), la perdita di potenza dovuta a questo disadattamento di polarizzazione sarà descritta dal fattore di perdita di polarizzazione (PLF):
Pertanto, se due antenne hanno la stessa polarizzazione, l'angolo tra i loro campi elettronici radianti è zero e non vi è alcuna perdita di potenza dovuta al disadattamento della polarizzazione. Se un'antenna è polarizzata verticalmente e l'altra è polarizzata orizzontalmente, l'angolo è di 90 gradi e non verrà trasferita alcuna potenza.
NOTA: spostare il telefono sopra la testa ad angolazioni diverse spiega perché a volte la ricezione può essere aumentata. Le antenne dei telefoni cellulari sono generalmente polarizzate linearmente, quindi la rotazione del telefono può spesso corrispondere alla polarizzazione del telefono, migliorando così la ricezione.
La polarizzazione circolare è una caratteristica desiderabile di molte antenne. Entrambe le antenne sono polarizzate circolarmente e non soffrono di perdita di segnale dovuta al disadattamento della polarizzazione. Le antenne utilizzate nei sistemi GPS sono polarizzate circolarmente verso destra.
Supponiamo ora che un'antenna polarizzata linearmente riceva onde polarizzate circolarmente. Allo stesso modo, supponiamo che un'antenna polarizzata circolarmente tenti di ricevere onde polarizzate linearmente. Qual è il fattore di perdita di polarizzazione risultante?
Ricordiamo che la polarizzazione circolare è in realtà due onde ortogonali polarizzate linearmente, sfasate di 90 gradi. Pertanto, un'antenna polarizzata linearmente (LP) riceverà solo la componente di fase dell'onda polarizzata circolarmente (CP). Pertanto, l'antenna LP avrà una perdita di disadattamento di polarizzazione di 0,5 (-3 dB). Questo è vero indipendentemente dall'angolo in cui viene ruotata l'antenna LP. Perciò:
Il fattore di perdita di polarizzazione viene talvolta definito efficienza di polarizzazione, fattore di disadattamento dell'antenna o fattore di ricezione dell'antenna. Tutti questi nomi si riferiscono allo stesso concetto.
Orario di pubblicazione: 22 dicembre 2023
