Phân cực là một trong những đặc tính cơ bản của anten. Trước tiên, chúng ta cần hiểu về sự phân cực của sóng phẳng. Sau đó, chúng ta có thể thảo luận về các loại phân cực chính của anten.
phân cực tuyến tính
Chúng ta sẽ bắt đầu tìm hiểu về sự phân cực của sóng điện từ phẳng.
Sóng điện từ (EM) phẳng có một số đặc điểm. Thứ nhất, năng lượng truyền theo một hướng (không có sự thay đổi trường theo hai hướng vuông góc). Thứ hai, điện trường và từ trường vuông góc với nhau và cùng hướng. Điện trường và từ trường vuông góc với hướng truyền của sóng phẳng. Ví dụ, hãy xem xét điện trường đơn tần (trường E) được cho bởi phương trình (1). Điện trường đang truyền theo hướng +z. Điện trường hướng theo hướng +x. Từ trường hướng theo hướng +y.
Trong phương trình (1), hãy quan sát ký hiệu: . Đây là một vectơ đơn vị (một vectơ có độ 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 hình dạng vết và đường cong lan truyền của điện trường. Ví dụ, hãy xem xét phương trình điện trường sóng phẳng (1). Chúng ta sẽ quan sát vị trí mà điện trường là (X,Y,Z) = (0,0,0) theo thời gian. Biên độ của điện trường này được vẽ trong Hình 2, tại một số thời điểm. Điện trường dao động ở tần số "F".
Hình 2. Quan sát điện trường (X, Y, Z) = (0,0,0) tại các thời điểm khác nhau.
Điện trường được quan sát tại gốc tọa độ, dao động qua lại về biên độ. Điện trường luôn nằm dọc theo trục x đã chỉ định. Vì điện trường được duy trì dọc theo một đường thẳng, nên có thể nói đây là điện trường phân cực tuyến tính. Ngoài ra, nếu trục X song song với mặt đất, điện trường này cũng được mô tả là phân cực ngang. Nếu điện trường hướng dọc theo trục Y, thì có thể nói đây là sóng phân cực dọc.
Sóng phân cực tuyến tính không nhất thiết phải hướng dọc theo trục ngang hoặc trục dọc. Ví dụ, một sóng điện trường có giới hạn nằm dọc theo một đường thẳng như thể hiện trong Hình 3 cũng sẽ là sóng phân cực tuyến tính.
Hình 3. Biên độ điện trường của một sóng phân cực tuyến tính có quỹ đạo tạo thành 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 độ lớn 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 đều có cùng biên độ tại mọi thời điểm.
phân cực tròn
Bây giờ giả sử điện trường của một sóng phẳng được cho bởi phương trình (3):
Trong trường hợp này, các thành phần X và Y lệch pha nhau 90 độ. Nếu quan sát điện trường với (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 trong Hình 4 quay theo hình tròn. Loại điện trường này được mô tả là sóng phân cực tròn. Để có sự phân cực tròn, cần phải đáp ứng các tiêu chí sau:
- Tiêu chuẩn cho phân cực tròn
- Điện trường phải có hai thành phần vuông góc với nhau.
- Các thành phần vuông góc của điện trường phải có biên độ bằng nhau.
- Các thành phần vuông góc phải lệch pha nhau 90 độ.
Nếu di chuyển trên màn hình Hình 4, sự quay của trường được gọi là ngược chiều kim đồng hồ và phân cực tròn thuận chiều kim đồng hồ (RHCP). Nếu trường quay theo chiều kim đồng hồ, trường sẽ có phân cực tròn ngược chiều kim đồng hồ (LHCP).
Phân cực elip
Nếu điện trường có hai thành phần vuông góc, lệch pha 90 độ nhưng có độ lớn bằng nhau, điện trường sẽ phân cực elip. Xét điện trường của một sóng phẳng truyền theo hướng +z, được mô tả bởi Phương trình (4):
Hình 5 cho thấy quỹ đạo của điểm mà đầu mút của vectơ điện trường sẽ đạt tới.
Hình 5. Trường điện của sóng phân cực elip tức thời. (4).
Trường điện trong Hình 5, nếu chuyển động theo chiều ngược kim đồng hồ thì sẽ có phân cực elip thuận chiều kim đồng hồ khi chuyển động ra khỏi màn hình. Nếu vectơ điện trường quay theo chiều ngược lại, trường điện sẽ có phân cực elip ngược chiều kim đồng hồ.
Hơn nữa, phân cực elip đề cập đến độ lệch tâm của nó. Tỷ lệ giữa độ lệch tâm và biên độ của trục chính và trục phụ. Ví dụ, độ lệch tâm của 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 một trục chủ yếu bao gồm trục x. Lưu ý rằng trục chính có thể ở bất kỳ góc mặt phẳng nào. Góc không nhất thiết phải phù hợp 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 có độ lệch tâm 1,0 là sóng phân cực tròn. Sóng phân cực elip với độ lệch tâm vô hạn. Sóng phân cực tuyến tính.
Phân cực anten
Giờ đây, khi đã hiểu rõ về trường điện từ sóng phẳng phân cực, việc xác định sự phân cực của ăng-ten trở nên đơn giản hơn.
Phân cực anten: Đánh giá trường xa của anten, là sự phân cực của trường bức xạ thu được. Do đó, anten thường được phân loại là "anten phân cực tuyến tính" hoặc "anten phân cực tròn thuận chiều kim đồng hồ".
Khái niệm đơn giản này rất quan trọng đối với truyền thông anten. Thứ nhất, một anten phân cực ngang sẽ không thể giao tiếp với một anten phân cực dọc. Theo định lý tương hỗ, anten phát và nhận tín hiệu theo cùng một cách. Do đó, anten phân cực dọc phát và nhận các trường phân cực dọc. Vì vậy, nếu bạn cố gắng truyền tín hiệu từ một anten phân cực ngang có trường phân cực dọc, sẽ không có tín hiệu thu được.
Trong trường hợp tổng quát, đối với hai anten phân cực tuyến tính được xoay tương đối với nhau một góc ( ), tổn thất công suất do sự không khớp phân cực này sẽ được mô tả bằng hệ số tổn thất phân cực (PLF):
Do đó, nếu hai anten có cùng phân cực, góc giữa các trường điện tử bức xạ của chúng bằng 0 và không có tổn thất công suất do không khớp phân cực. Nếu một anten phân cực theo chiều dọc và anten kia phân cực theo chiều ngang, góc là 90 độ, và sẽ không có công suất nào được truyền tải.
LƯU Ý: Xoay điện thoại qua đầu ở các góc độ khác nhau giải thích tại sao đôi khi tín hiệu có thể được cải thiện. Ăng-ten điện thoại di động thường được phân cực tuyến tính, vì vậy việc xoay điện thoại thường có thể giúp cân bằng độ phân cực của điện thoại, từ đó cải thiện khả năng thu sóng.
Phân cực tròn là một đặc tính mong muốn của nhiều loại anten. Cả hai anten đều được phân cực tròn và không bị suy hao tín hiệu do sự không khớp phân cực. Anten được sử dụng trong hệ thống GPS là loại phân cực tròn thuận chiều kim đồng hồ.
Bây giờ, giả sử một ăng-ten phân cực tuyến tính thu được sóng phân cực tròn. Tương đương, giả sử một ăng-ten phân cực tròn cố gắng thu sóng phân cực tuyến tính. Hệ số suy hao phân cực thu được là bao nhiêu?
Hãy nhớ rằng phân cực tròn thực chất là hai sóng phân cực tuyến tính vuông góc với nhau, lệch pha 90 độ. Do đó, một ăng-ten phân cực tuyến tính (LP) sẽ chỉ nhận được thành phần pha của sóng phân cực tròn (CP). Vì vậy, ăng-ten LP sẽ có tổn hao do không khớp phân cực là 0,5 (-3dB). Điều này đúng bất kể ăng-ten LP được xoay ở góc độ nào. Do đó:
Hệ số suy hao phân cực đôi khi được gọi là hiệu suất phân cực, hệ số không phù hợp anten hoặc hệ số thu anten. Tất cả các tên gọi này đều đề cập đến cùng một khái niệm.
Thời gian đăng bài: 22/12/2023
