天線極化是什么?為什么需要考慮天線極化?


天線的極化特性是以天線輻射的電磁波在最大輻射方向上電場強度矢量的空間取向來定義的,是描述天線輻射電磁波矢量空間指向的參數。由于電場與磁場有恒定的關系,故一般都以電場矢量的空間指向作為天線輻射電磁波的極化方向。


天線極化與光學偏振相類似,雖然都有個“極”字,但是其與北極天氣無關,而是涉及根據電磁輻射的朝向對電磁輻射進行發送和接收。通過光學偏振,膠片或玻璃可阻擋朝某個方向偏振的光線(即變的更暗),并同時允許偏振正確的光線通過。這與天線相類似——天線的極化情況決定了其電磁輻射收發性能。

極化以電磁輻射電場分量的振蕩平面為基礎。如果電磁波的極化被天線極化旋轉抵消,則該天線僅能捕獲所述電磁波的一部分。因此,如果發射天線和接收天線以同一平面為基準平面,則為了實現通信鏈路的最佳效率,其極化方向應當相同。對某些應用情形,極化方向的選擇還可借助其他物理現象。

雖然存在多種極化類型,但主要的為三種。射頻天線通常為線極化或圓極化天線。線極化天線通常為垂直極化或水平極化天線,而圓極化天線為左旋或右旋圓極化天線。此外,還有一種常見的極化類型為由線極化和圓極化通過復雜組合而形成的橢圓極化。

線極化系統的極化損耗取決于線極化天線和電磁波的極化矢量之間的角度,而且最大極化損耗發生于兩者之間呈45度角時。在45度的極化矢量偏轉角度下,最大極化損耗為0.5(即3dB)。在圓極化或橢圓極化系統的情形下,極化損耗的計算更加復雜,而且最大極化損耗可高達30dB。這就是為什么可利用極化實現信號隔離及天線系統之間可發生干擾的原因。雖然存在極化損耗,但以不同方式極化的天線仍可從具有不同極化類型的電磁波中接收到信號。因此,極化可實現的信號隔離效果具有一定的限度。

在通常情況下,可根據應用要求,選擇天線極化方式。不同應用可從不同的極化方式獲得更佳效果。例如,由于垂直極化電磁波比水平極化電磁波更加易于穿過起伏不平的地貌,因此垂直極化天線在陸地移動通信用途中具有更佳表現,而水平極化方式在仰賴電離層且通常為長距離通信的用途中表現更好。此外,由于圓極化通常可更佳地緩解衛星定向偏移導致的衰弱,因此圓極化常用于衛星通信。


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