A polarização é uma das características básicas das antenas. Primeiro precisamos entender a polarização das ondas planas. Podemos então discutir os principais tipos de polarização de antenas.
polarização linear
Começaremos a compreender a polarização de uma onda eletromagnética plana.
Uma onda eletromagnética plana (EM) possui várias características. A primeira é que a potência viaja em uma direção (nenhum campo muda em duas direções ortogonais). Em segundo lugar, o campo elétrico e o campo magnético são perpendiculares entre si e ortogonais entre si. Os campos elétricos e magnéticos são perpendiculares à direção de propagação das ondas planas. Como exemplo, considere um campo elétrico de frequência única (campo E) dado pela equação (1). O campo eletromagnético viaja na direção +z. O campo elétrico é direcionado na direção +x. O campo magnético está na direção +y.
Na equação (1), observe a notação: . Este é um vetor unitário (um vetor de comprimento), que indica que o ponto do campo elétrico está na direção x. A onda plana é ilustrada na Figura 1.
figura 1. Representação gráfica do campo elétrico viajando na direção +z.
Polarização é o traço e a forma de propagação (contorno) de um campo elétrico. Como exemplo, considere a equação do campo elétrico de onda plana (1). Observaremos a posição onde o campo elétrico é (X,Y,Z) = (0,0,0) em função do tempo. A amplitude deste campo é representada graficamente na Figura 2, em vários momentos no tempo. O campo está oscilando na frequência “F”.
figura 2. Observe o campo elétrico (X, Y, Z) = (0,0,0) em momentos diferentes.
O campo elétrico é observado na origem, oscilando para frente e para trás em amplitude. O campo elétrico está sempre ao longo do eixo x indicado. Como o campo elétrico é mantido ao longo de uma única linha, pode-se dizer que esse campo é linearmente polarizado. Além disso, se o eixo X for paralelo ao solo, este campo também é descrito como polarizado horizontalmente. Se o campo estiver orientado ao longo do eixo Y, pode-se dizer que a onda está polarizada verticalmente.
Ondas linearmente polarizadas não precisam ser direcionadas ao longo de um eixo horizontal ou vertical. Por exemplo, uma onda de campo elétrico com uma restrição ao longo de uma linha conforme mostrado na Figura 3 também seria polarizada linearmente.
imagem 3. A amplitude do campo elétrico de uma onda linearmente polarizada cuja trajetória é um ângulo.
O campo elétrico na Figura 3 pode ser descrito pela equação (2). Agora existe uma componente xey do campo elétrico. Ambos os componentes são iguais em tamanho.
Uma coisa a ser observada sobre a equação (2) é a componente xy e os campos eletrônicos no segundo estágio. Isto significa que ambos os componentes têm a mesma amplitude em todos os momentos.
polarização circular
Agora suponha que o campo elétrico de uma onda plana seja dado pela equação (3):
Neste caso, os elementos X e Y estão 90 graus fora de fase. Se o campo for observado como (X, Y, Z) = (0,0,0) novamente como antes, a curva campo elétrico versus tempo aparecerá conforme mostrado abaixo na Figura 4.
Figura 4. Intensidade do campo elétrico (X, Y, Z) = (0,0,0) domínio EQ. (3).
O campo elétrico na Figura 4 gira em círculo. Este tipo de campo é descrito como uma onda polarizada circularmente. Para polarização circular, os seguintes critérios devem ser atendidos:
- Padrão para polarização circular
- O campo elétrico deve ter duas componentes ortogonais (perpendiculares).
- As componentes ortogonais do campo elétrico devem ter amplitudes iguais.
- Os componentes da quadratura devem estar 90 graus fora de fase.
Se viajar na tela Wave Figure 4, a rotação do campo é considerada no sentido anti-horário e polarizada circularmente para a direita (RHCP). Se o campo for girado no sentido horário, o campo terá polarização circular para canhotos (LHCP).
Polarização elíptica
Se o campo elétrico tiver duas componentes perpendiculares, 90 graus fora de fase, mas de igual magnitude, o campo será elipticamente polarizado. Considerando o campo elétrico de uma onda plana viajando na direção +z, descrito pela Equação (4):
O lugar geométrico do ponto em que a ponta do vetor campo elétrico assumirá é dado na Figura 5
Figura 5. Campo elétrico de onda de polarização elíptica imediata. (4).
O campo na Figura 5, viajando no sentido anti-horário, seria elíptico para destros se viajasse para fora da tela. Se o vetor campo elétrico girar na direção oposta, o campo será polarizado elipticamente para a esquerda.
Além disso, a polarização elíptica refere-se à sua excentricidade. A relação entre a excentricidade e a amplitude dos eixos maior e menor. Por exemplo, a excentricidade da onda da equação (4) é 1/0,3= 3,33. Ondas elipticamente polarizadas são descritas posteriormente pela direção do eixo principal. A equação de onda (4) tem um eixo que consiste principalmente no eixo x. Observe que o eixo maior pode estar em qualquer ângulo plano. O ângulo não é necessário para ajustar o eixo X, Y ou Z. Finalmente, é importante notar que tanto a polarização circular quanto a linear são casos especiais de polarização elíptica. A onda excêntrica elipticamente polarizada 1.0 é uma onda circularmente polarizada. Ondas elipticamente polarizadas com excentricidade infinita. Ondas linearmente polarizadas.
Polarização da antena
Agora que estamos cientes dos campos eletromagnéticos de ondas planas polarizadas, a polarização de uma antena é simplesmente definida.
Polarização da Antena Uma avaliação de campo distante da antena, a polarização do campo irradiado resultante. Portanto, as antenas são frequentemente listadas como "polarizadas linearmente" ou "antenas polarizadas circularmente para destros".
Este conceito simples é importante para comunicações de antenas. Primeiro, uma antena polarizada horizontalmente não se comunicará com uma antena polarizada verticalmente. Devido ao teorema da reciprocidade, a antena transmite e recebe exatamente da mesma maneira. Portanto, antenas polarizadas verticalmente transmitem e recebem campos polarizados verticalmente. Portanto, se você tentar transmitir uma antena polarizada verticalmente e horizontalmente, não haverá recepção.
No caso geral, para duas antenas polarizadas linearmente giradas uma em relação à outra por um ângulo ( ), a perda de potência devido a esta incompatibilidade de polarização será descrita pelo fator de perda de polarização (PLF):
Portanto, se duas antenas têm a mesma polarização, o ângulo entre os seus campos de elétrons radiantes é zero e não há perda de potência devido à incompatibilidade de polarização. Se uma antena estiver polarizada verticalmente e a outra polarizada horizontalmente, o ângulo será de 90 graus e nenhuma energia será transferida.
NOTA: Mover o telefone sobre a cabeça em ângulos diferentes explica por que a recepção às vezes pode ser aumentada. As antenas de telefones celulares geralmente são polarizadas linearmente, portanto, girar o telefone muitas vezes pode corresponder à polarização do telefone, melhorando assim a recepção.
A polarização circular é uma característica desejável de muitas antenas. Ambas as antenas são polarizadas circularmente e não sofrem perda de sinal devido à incompatibilidade de polarização. As antenas usadas em sistemas GPS são polarizadas circularmente à direita.
Agora suponha que uma antena polarizada linearmente receba ondas polarizadas circularmente. De forma equivalente, suponha que uma antena polarizada circularmente tente receber ondas polarizadas linearmente. Qual é o fator de perda de polarização resultante?
Lembre-se de que a polarização circular consiste, na verdade, em duas ondas ortogonais polarizadas linearmente, 90 graus fora de fase. Portanto, uma antena polarizada linearmente (LP) receberá apenas o componente de fase da onda polarizada circularmente (CP). Portanto, a antena LP terá uma perda de incompatibilidade de polarização de 0,5 (-3dB). Isso é verdade independentemente do ângulo de rotação da antena LP. portanto:
O fator de perda de polarização às vezes é chamado de eficiência de polarização, fator de incompatibilidade de antena ou fator de recepção de antena. Todos esses nomes referem-se ao mesmo conceito.
Horário da postagem: 22 de dezembro de 2023
