Phân cực là một trong những đặc tính cơ bản của ăng-ten. Trước tiên, chúng ta cần hiểu về phân cực của sóng phẳng. Sau đó, chúng ta có thể thảo luận về các loại phân cực ăng-ten chính.
phân cực tuyến tính
Chúng ta sẽ bắt đầu tìm hiểu về sự phân cực của sóng điện từ phẳng.
Sóng điện từ phẳng (EM) có một số đặc điểm. Thứ nhất, năng lượng truyền theo một hướng (không có trường nào thay đổi theo hai hướng vuông góc). Thứ hai, điện trường và từ trường vuông góc với nhau và vuông góc với nhau. Điện trường và từ trường vuông góc với hướng truyền sóng phẳng. Ví dụ, hãy xem xét một điện trường đơn tần (trường E) được cho bởi phương trình (1). Điện trường truyền theo hướng +z. Điện trường hướng theo hướng +x. Từ trường hướng theo hướng +y.
Trong phương trình (1), hãy chú ý ký hiệu: . Đây là một vectơ đơn vị (vectơ độ dài), biểu thị rằng điểm điện trường nằm theo hướng x. Sóng phẳng được minh họa trong Hình 1.
hình 1. Biểu diễn đồ họa của trường điện di chuyển theo hướng +z.
Phân cực là dấu vết và hình dạng lan truyền (đường bao) của điện trường. Ví dụ, hãy xem xét phương trình điện trường sóng phẳng (1). Chúng ta sẽ quan sát vị trí của điện trường (X, Y, Z) = (0,0,0) theo thời gian. Biên độ của trường này được biểu diễn trong Hình 2, tại một số thời điểm. 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 được chỉ định. Vì điện trường được duy trì dọc theo một đường thẳng, nên có thể nói rằng điện trường này 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 định hướng dọc theo trục Y, sóng có thể được coi là phân cực dọc.
Sóng phân cực tuyến tính không cần phải hướng dọc theo trục ngang hoặc trục dọc. Ví dụ, sóng điện trường có ràng buộc nằm dọc theo một đường thẳng như thể hiện trong Hình 3 cũng sẽ được phân cực tuyến tính.
hình ảnh 3. Biên độ điện trường của sóng phân cực tuyến tính có quỹ đạo là một góc.
Trường điện trong Hình 3 có thể được mô tả bằng phương trình (2). Bây giờ có một thành phần x và y của trường điện. 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 đều có cùng biên độ tại mọi thời điểm.
phân cực tròn
Bây giờ giả sử rằng trường điện của sóng phẳng được đưa ra bởi phương trình (3):
Trong trường hợp này, các phần tử X và Y lệch pha nhau 90 độ. Nếu trường được quan sát lại theo dạng (X, Y, Z) = (0,0,0) như trước, đường cong điện trường theo thời gian sẽ xuất hiện như minh họa trong Hình 4 bên dưới.
Hình 4. Cường độ điện trường (X, Y, Z) = (0,0,0) miền EQ. (3).
Trường điện trong Hình 4 quay theo hình tròn. Loại trường này được mô tả là sóng phân cực tròn. Đối với phân cực tròn, các tiêu chí sau phải được đáp ứng:
- 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 vuông góc phải lệch pha nhau 90 độ.
Nếu di chuyển trên màn hình Wave Figure 4, trường quay được gọi là ngược chiều kim đồng hồ và phân cực tròn phải (RHCP). Nếu trường quay theo chiều kim đồng hồ, trường sẽ là phân cực tròn trái (LHCP).
Phân cực elip
Nếu điện trường có hai thành phần vuông góc, lệch pha 90 độ nhưng có cùng độ lớn, điện 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 của điểm mà tại đó đầu của vectơ trường điện sẽ đảm nhiệm được đưa ra trong Hình 5
Hình 5. Trường điện sóng phân cực elip tức thời. (4).
Trường điện trong Hình 5, di chuyển theo hướng ngược chiều kim đồng hồ, sẽ có dạng elip thuận phải nếu đi ra khỏi màn chắn. Nếu vectơ trường điện quay theo hướng ngược lại, trường sẽ có dạng elip thuận trái.
Hơn nữa, phân cực elip đề cập đến độ lệch tâm của nó. Tỷ số giữa độ lệch tâm và 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 một trục chủ yếu bao gồm trục x. Lưu ý rằng trục chính có thể ở bất kỳ góc phẳng nào. Góc này không bắt buộc phải khớp 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 ăng-ten
Bây giờ chúng ta đã biết về trường điện từ sóng phẳng phân cực, độ phân cực của ăng-ten được định nghĩa một cách đơn giản.
Phân cực ăng-ten: Đánh giá trường xa của ăng-ten, tức là độ phân cực của trường bức xạ thu được. Do đó, ăng-ten thường được phân loại là "ăng-ten phân cực tuyến tính" hoặc "ăng-ten phân cực tròn thuận phải".
Khái niệm đơn giản này rất quan trọng đối với truyền thông ăng-ten. Thứ nhất, một ăng-ten phân cực ngang sẽ không giao tiếp với một ăng-ten phân cực dọc. Do định lý tương hỗ, ăng-ten phát và thu theo cùng một cách. Do đó, ăng-ten phân cực dọc phát và thu các trường phân cực dọc. Do đó, nếu bạn cố gắng truyền một ăng-ten phân cực ngang phân cực dọc, sẽ không có tín hiệu thu.
Trong trường hợp chung, đối với hai ăng-ten phân cực tuyến tính quay so 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 ăng-ten có cùng độ phân cực, góc giữa các trường electron bức xạ của chúng bằng 0 và không có tổn thất công suất do sự không tương thích về phân cực. Nếu một ăng-ten phân cực dọc và ăng-ten còn lại phân cực ngang, góc giữa chúng là 90 độ và không có công suất nào được truyền đi.
LƯU Ý: Việc di chuyển điện thoại qua đầu theo các góc khác nhau giải thích tại sao đôi khi khả năng thu sóng 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 khớp với phân cực của điện thoại, do đó cải thiện khả năng thu sóng.
Phân cực tròn là một đặc tính mong muốn của nhiều ăng-ten. 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 theo chiều phải.
Bây giờ giả sử một ăng-ten phân cực tuyến tính thu được sóng phân cực tròn. Tương tự, 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?
Xin nhắc lại rằng phân cực tròn thực chất là hai sóng phân cực tuyến tính trực giao, 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). Do đó, ăng-ten LP sẽ có suy hao lệch pha là 0,5 (-3dB). Điều này đúng bất kể ăng-ten LP được xoay ở góc nào. Do đó:
Hệ số suy giảm phân cực đôi khi còn được gọi là hiệu suất phân cực, hệ số không tương thích ăng-ten hoặc hệ số thu ăng-ten. Tất cả những tên gọi này đều đề cập đến cùng một khái niệm.
Thời gian đăng: 22-12-2023
