A polarização é uma das características básicas das antenas. Primeiro, precisamos entender a polarização das ondas planas. Em seguida, podemos discutir os principais tipos de polarização de antenas.
polarização linear
Começaremos a entender a polarização de uma onda eletromagnética plana.
Uma onda eletromagnética planar (EM) possui várias características. A primeira é que a potência se propaga em uma única direção (nenhum campo se altera em duas direções ortogonais). A segunda é que o campo elétrico e o campo magnético são perpendiculares entre si e ortogonais entre si. Os campos elétrico e magnético são perpendiculares à direção de propagação da onda plana. Como exemplo, considere um campo elétrico de frequência única (campo E) dado pela equação (1). O campo eletromagnético se propaga na direção +z. O campo elétrico se propaga na direção +x. O campo magnético se propaga na direção +y.
Na equação (1), observe a notação: . Este é um vetor unitário (um vetor de comprimento), o 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 desse campo é plotada na Figura 2, em vários instantes de tempo. O campo oscila na frequência "F".
figura 2. Observe o campo elétrico (X, Y, Z) = (0,0,0) em diferentes momentos.
O campo elétrico é observado na origem, oscilando em amplitude para frente e para trás. 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 este campo é polarizado linearmente. 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 é polarizada verticalmente.
Ondas polarizadas linearmente 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, como mostrado na Figura 3, também seria polarizada linearmente.
imagem 3. A amplitude do campo elétrico de uma onda polarizada linearmente cuja trajetória é um ângulo.
O campo elétrico na Figura 3 pode ser descrito pela equação (2). Agora, há uma componente x e y do campo elétrico. Ambas as componentes são iguais em magnitude.
Um ponto a ser observado sobre a equação (2) são os campos da componente xy e eletrônica no segundo estágio. Isso significa que ambas as componentes têm a mesma amplitude em todos os momentos.
polarização circular
Agora suponha que o campo elétrico de uma onda plana é dado pela equação (3):
Neste caso, os elementos X e Y estão 90 graus defasados. Se o campo for observado como (X, Y, Z) = (0,0,0) novamente, como antes, a curva do campo elétrico em função do tempo aparecerá como mostrado 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 um 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).
- Os componentes ortogonais do campo elétrico devem ter amplitudes iguais.
- Os componentes de quadratura devem estar 90 graus fora de fase.
Se o campo for rotacionado na tela da Figura 4, a rotação do campo será anti-horária e polarização circular destra (RHCP). Se o campo for rotacionado no sentido horário, a polarização circular destra (LHCP) será de campo.
Polarização elíptica
Se o campo elétrico tiver duas componentes perpendiculares, defasadas em 90 graus, mas de mesma magnitude, o campo será elipticamente polarizado. Considerando o campo elétrico de uma onda plana que se propaga 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 a direita se viajasse para fora da tela. Se o vetor do campo elétrico girar na direção oposta, o campo será elíptico para a esquerda.
Além disso, a polarização elíptica refere-se à sua excentricidade. A razão 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 ainda pela direção do eixo maior. A equação de onda (4) tem um eixo consistindo principalmente do eixo x. Observe que o eixo maior pode estar em qualquer ângulo plano. O ângulo não é necessário para se ajustar ao eixo X, Y ou Z. Finalmente, é importante observar que tanto a polarização circular quanto a linear são casos especiais de polarização elíptica. 1.0 onda excêntrica elipticamente polarizada é uma onda circularmente polarizada. Ondas elipticamente polarizadas com excentricidade infinita. Ondas linearmente polarizadas.
Polarização da antena
Agora que conhecemos os campos eletromagnéticos de ondas planas polarizadas, a polarização de uma antena é simplesmente definida.
Polarização da Antena: Avaliação do campo distante da antena, a polarização do campo irradiado resultante. Portanto, as antenas são frequentemente classificadas como "polarizadas linearmente" ou "antenas polarizadas circularmente para a direita".
Este conceito simples é importante para a comunicação por antena. 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 para uma antena polarizada 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 essa incompatibilidade de polarização será descrita pelo fator de perda de polarização (PLF):
Portanto, se duas antenas têm a mesma polarização, o ângulo entre 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 horizontalmente, o ângulo é de 90 graus e nenhuma potência será transferida.
NOTA: Mover o telefone sobre a cabeça em diferentes ângulos explica por que a recepção às vezes pode ser melhorada. As antenas de celular geralmente são polarizadas linearmente, portanto, girar o telefone pode frequentemente corresponder à polarização do aparelho, 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 utilizadas 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 defasadas. Portanto, uma antena polarizada linearmente (LP) receberá apenas a componente de fase da onda polarizada circularmente (CP). Consequentemente, a antena LP terá uma perda por incompatibilidade de polarização de 0,5 (-3 dB). Isso é verdade independentemente do ângulo de rotação da antena LP. Portanto:
O fator de perda de polarização é às vezes chamado de eficiência de polarização, fator de incompatibilidade de antena ou fator de recepção de antena. Todos esses nomes se referem ao mesmo conceito.
Data de publicação: 22/12/2023
