Phân cực là một trong những đặc tính cơ bản của anten. Đầu tiên chúng ta cần hiểu sự phân cực của sóng phẳng. Sau đó chúng ta có thể thảo luận về các loại phân cực anten chính.
phân cực tuyến tính
Chúng ta sẽ bắt đầu hiểu sự phân cực của sóng điện từ phẳng.
Sóng điện từ phẳng (EM) có một số đặc điểm. Đầu tiên là công suất truyền theo một hướng (không có trường nào thay đổi theo hai hướng trực giao). Thứ hai, điện trường và từ trường vuông góc với nhau và trực giao với nhau. Điện trường và từ trường vuông góc với phương truyền sóng phẳng. Ví dụ, hãy xem xét một điện trường tần số đơn (trường E) được cho theo phương trình (1). Trường điện từ đang truyền theo hướng +z. Điện trường có hướng +x. Từ trường có hướng +y.
Trong phương trình (1), quan sát ký hiệu: . Đây là một vectơ đơn vị (một vectơ có chiều dài), cho biết điểm điện trường nằm theo hướng x. Sóng phẳng được minh họa trong Hình 1.
hình 1. Biểu diễn đồ họa của điện trường truyền theo hướng +z.
Sự phân cực là dấu vết và hình dạng lan truyền (đường viền) của điện trường. Ví dụ, hãy xem xét phương trình điện trường sóng phẳng (1). Chúng ta sẽ quan sát vị trí tại đó điện trường (X,Y,Z) = (0,0,0) là hàm của thời gian. Biên độ của trường này được vẽ trong Hình 2, tại một số thời điểm. Từ trường dao động với tần số F.
hình 2. Quan sát điện trường (X, Y, Z) = (0,0,0) tại các thời điểm khác nhau.
Điện trường quan sát tại gốc tọa độ, dao động qua lại với biên độ. Điện trường luôn dọc theo trục x được chỉ định. Vì điện trường được duy trì dọc theo một đường thẳng nên trường này có thể nói là bị phân cực tuyến tính. Ngoài ra, nếu trục X song song với mặt đất thì trường này cũng được mô tả là phân cực ngang. Nếu trường định hướng dọc theo trục Y thì sóng có thể nói là bị phân cực thẳng đứng.
Sóng phân cực tuyến tính không cần phải định hướng dọc theo trục ngang hoặc trục dọc. Ví dụ, sóng điện trường có giới hạn nằm dọc theo một đường thẳng như trong Hình 3 cũng sẽ bị phân cực tuyến tính.
hình 3. Biên độ điện trường của sóng phân cực tuyến tính có quỹ đạo là một góc.
Điện trường trong Hình 3 có thể được mô tả bằng phương trình (2). Bây giờ có thành phần x và y của điện trường. Cả hai thành phần đều có kích thước bằng nhau.
Một điều cần lưu ý về phương trình (2) là thành phần xy và trường điện tử ở giai đoạn thứ hai. Điều này có nghĩa là cả hai thành phần luôn có cùng biên độ.
phân cực tròn
Bây giờ giả sử rằng điện trường của sóng phẳng được cho theo phương trình (3):
Trong trường hợp này, các phần tử X và Y lệch pha nhau 90 độ. Nếu trường được quan sát lại là (X, Y, Z) = (0,0,0) như trước, đường cong điện trường theo thời gian sẽ xuất hiện như hình 4 bên dưới.
Hình 4. Cường độ điện trường (X, Y, Z) = (0,0,0) miền EQ. (3).
Điện trường ở Hình 4 quay theo một vòng tròn. Loại trường này được mô tả là sóng phân cực tròn. Đối với phân cực tròn, phải đáp ứng các tiêu chí sau:
- Tiêu chuẩn cho phân cực tròn
- Điện trường phải có hai thành phần trực giao (vuông góc).
- Các thành phần trực giao của điện trường phải có biên độ bằng nhau.
- Các thành phần cầu phương phải lệch pha 90 độ.
Nếu di chuyển trên màn hình Sóng Hình 4, trường quay được cho là ngược chiều kim đồng hồ và phân cực tròn thuận tay phải (RHCP). Nếu trường quay theo chiều kim đồng hồ thì trường sẽ có phân cực tròn thuận tay trái (LHCP).
Phân cực hình elip
Nếu điện trường có hai thành phần vuông góc, lệch pha nhau 90 độ nhưng có độ lớn bằng nhau thì trường sẽ bị phân cực elip. Xét điện trường của sóng phẳng truyền theo hướng +z, được mô tả bởi phương trình (4):
Quỹ tích điểm tại đó đỉnh của vectơ điện trường sẽ được cho trên Hình 5
Hình 5. Điện trường sóng phân cực hình elip nhanh chóng. (4).
Trường trong Hình 5, di chuyển theo hướng ngược chiều kim đồng hồ, sẽ có dạng hình elip bên phải nếu di chuyển ra khỏi màn hình. Nếu vectơ điện trường quay ngược chiều thì trường sẽ bị phân cực elip thuận tay trái.
Hơn nữa, sự phân cực hình elip đề cập đến độ lệch tâm của nó. Tỷ lệ độ lệch tâm với biên độ của trục chính và trục phụ. Ví dụ, độ lệch tâm sóng từ phương trình (4) là 1/0,3= 3,33. Sóng phân cực elip được mô tả thêm bằng hướng của trục chính. Phương trình sóng (4) có trục chủ yếu bao gồm trục x. Lưu ý rằng trục chính có thể ở bất kỳ góc phẳng nào. Góc không bắt buộc phải vừa với trục X, Y hoặc Z. Cuối cùng, điều quan trọng cần lưu ý là cả phân cực tròn và phân cực tuyến tính đều là trường hợp đặc biệt của phân cực elip. Sóng phân cực elip lệch tâm 1,0 là sóng phân cực tròn. Sóng phân cực elip có độ lệch tâm vô hạn. Sóng phân cực tuyến tính.
Phân cực anten
Bây giờ chúng ta đã biết về trường điện từ sóng phẳng phân cực, độ phân cực của ăng-ten được xác định một cách đơn giản.
Phân cực Ăng-ten Một đánh giá trường xa của ăng-ten, sự phân cực của trường bức xạ thu được. Do đó, ăng-ten thường được liệt kê là "ăng-ten phân cực tuyến tính" hoặc "ăng-ten phân cực tròn thuận tay phải".
Khái niệm đơn giản này rất quan trọng đối với truyền thông ăng-ten. Đầu tiên, ăng-ten phân cực theo chiều ngang sẽ không giao tiếp với ăng-ten phân cực dọc. Do định lý tương hỗ, anten truyền và nhận theo cách giống hệt nhau. Do đó, anten phân cực dọc truyền và nhận các trường phân cực dọc. Do đó, nếu bạn cố gắng truyền tải một ăng-ten phân cực theo chiều dọc, phân cực theo chiều ngang, sẽ không có tín hiệu thu sóng.
Trong trường hợp tổng quát, đối với hai anten phân cực tuyến tính quay tương đối với nhau một góc ( ), tổn thất công suất do sự không phối hợp phân cực này sẽ được mô tả bằng hệ số tổn hao phân cực (PLF):
Do đó, nếu hai anten có cùng độ phân cực thì góc giữa trường electron bức xạ của chúng bằng 0 và không bị tổn thất điện năng do phân cực không khớp. Nếu một ăng-ten được phân cực theo chiều dọc và anten kia được phân cực theo chiều ngang thì góc là 90 độ và sẽ không có nguồn điện nào được truyền đi.
LƯU Ý: Di chuyển điện thoại qua đầu bạn theo các góc khác nhau sẽ giải thích lý do tại sao đôi khi khả năng thu tín hiệu có thể tăng lên. Ăng-ten của điện thoại di động thường được phân cực tuyến tính, do đó, việc xoay điện thoại thường có thể phù hợp với độ phân cực của điện thoại, do đó cải thiện khả năng thu tín hiệu.
Phân cực tròn là đặc tính mong muốn của nhiều anten. Cả hai ăng-ten đều được phân cực tròn và không bị mất tín hiệu do phân cực không khớp. Ăng-ten được sử dụng trong hệ thống GPS được phân cực tròn bên phải.
Bây giờ giả sử rằng một ăng ten phân cực tuyến tính nhận được sóng phân cực tròn. Tương tự, giả sử rằng một ăng ten phân cực tròn cố gắng thu các sóng phân cực tuyến tính. Hệ số tổn thất phân cực thu được là gì?
Hãy nhớ lại rằng phân cực tròn thực chất là hai sóng phân cực tuyến tính trực giao, lệch pha nhau 90 độ. Do đó, ăng-ten phân cực tuyến tính (LP) sẽ chỉ thu được thành phần pha sóng phân cực tròn (CP). Do đó, ăng-ten LP sẽ có tổn thất không khớp phân cực là 0,5 (-3dB). Điều này đúng cho dù ăng-ten LP được xoay ở góc nào. Vì vậy:
Hệ số tổn thất phân cực đôi khi được gọi là hiệu suất phân cực, hệ số không khớp anten hoặc hệ số thu anten. Tất cả những cái tên này đề cập đến cùng một khái niệm.
Thời gian đăng: 22-12-2023
