Polarizasyon, antenlerin temel özelliklerinden biridir. Öncelikle düzlem dalgaların polarizasyonunu anlamamız gerekiyor. Daha sonra anten polarizasyonunun ana türlerini tartışabiliriz.
doğrusal polarizasyon
Düzlemsel elektromanyetik dalganın polarizasyonunu anlamaya başlayacağız.
Düzlemsel bir elektromanyetik (EM) dalganın birkaç özelliği vardır. Birincisi, güç tek yönde ilerler (iki dik yönde alan değişimi olmaz). İkincisi, elektrik alanı ve manyetik alan birbirine dik ve birbirine diktir. Elektrik ve manyetik alanlar, düzlem dalga yayılım yönüne diktir. Örnek olarak, denklem (1) ile verilen tek frekanslı bir elektrik alanını (E alanı) ele alalım. Elektromanyetik alan +z yönünde ilerlemektedir. Elektrik alanı +x yönündedir. Manyetik alan +y yönündedir.
Denklem (1)'de, şu gösterime dikkat edin: . Bu, elektrik alan noktasının x yönünde olduğunu söyleyen birim vektördür (uzunluğu olan bir vektör). Düzlem dalga Şekil 1'de gösterilmiştir.
Şekil 1. +z yönünde ilerleyen elektrik alanının grafiksel gösterimi.
Polarizasyon, bir elektrik alanının izi ve yayılma şeklidir (kontur). Örnek olarak, düzlem dalga elektrik alanı denklemini (1) ele alalım. Elektrik alanının (X,Y,Z) = (0,0,0) olduğu konumu zamanın bir fonksiyonu olarak gözlemleyeceğiz. Bu alanın genliği, Şekil 2'de, zamanın çeşitli anlarında çizilmiştir. Alan "F" frekansında salınmaktadır.
Şekil 2. Farklı zamanlarda elektrik alanını (X, Y, Z) = (0,0,0) gözlemleyin.
Elektrik alanı, orijinde gözlemlenir ve genliği ileri geri salınım yapar. Elektrik alanı her zaman belirtilen x ekseni boyunca uzanır. Elektrik alanı tek bir çizgi boyunca korunduğundan, bu alanın doğrusal polarize olduğu söylenebilir. Ayrıca, X ekseni zemine paralel ise, bu alan yatay polarize olarak da tanımlanır. Alan Y ekseni boyunca yönlendirilmişse, dalganın dikey polarize olduğu söylenebilir.
Doğrusal olarak polarize edilmiş dalgaların yatay veya dikey bir eksen boyunca yönlendirilmesi gerekmez. Örneğin, Şekil 3'te gösterildiği gibi bir çizgi boyunca uzanan bir kısıtlamaya sahip bir elektrik alan dalgası da doğrusal olarak polarize edilmiş olacaktır.
Resim 3. Yörüngesi bir açı olan doğrusal olarak polarize edilmiş bir dalganın elektrik alan genliği.
Şekil 3'teki elektrik alanı denklem (2) ile tanımlanabilir. Şimdi elektrik alanının bir x ve bir y bileşeni var. Her iki bileşen de büyüklük olarak eşittir.
Denklem (2) ile ilgili dikkat edilmesi gereken bir nokta, ikinci aşamadaki xy bileşeni ve elektronik alanlardır. Bu, her iki bileşenin de her zaman aynı genliğe sahip olduğu anlamına gelir.
dairesel polarizasyon
Şimdi, düzlem dalganın elektrik alanının denklem (3) ile verildiğini varsayalım:
Bu durumda, X ve Y elemanları 90 derece faz farkına sahiptir. Alan daha önce olduğu gibi (X, Y, Z) = (0,0,0) olarak gözlemlenirse, elektrik alanın zamana bağlı eğrisi aşağıda Şekil 4'te gösterildiği gibi görünecektir.
Şekil 4. Elektrik alan şiddeti (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ alanı. (3).
Şekil 4'teki elektrik alanı dairesel bir şekilde dönmektedir. Bu tür alan, dairesel polarize dalga olarak tanımlanır. Dairesel polarizasyon için aşağıdaki kriterlerin karşılanması gerekir:
- Dairesel polarizasyon standardı
- Elektrik alanının iki dik (ortogonal) bileşeni olmalıdır.
- Elektrik alanının ortogonal bileşenlerinin genlikleri eşit olmalıdır.
- Karesel bileşenler 90 derece faz farkına sahip olmalıdır.
Dalga Şekli 4 ekranında seyahat ederken, alan dönüşünün saat yönünün tersine ve sağ el dairesel polarizasyonlu (RHCP) olduğu söylenir. Alan saat yönünde döndürülürse, alan sol el dairesel polarizasyonlu (LHCP) olacaktır.
Eliptik polarizasyon
Elektrik alanının, 90 derece faz farkı olan ancak eşit büyüklükte iki dik bileşeni varsa, alan eliptik polarize olacaktır. Denklem (4) ile tanımlanan +z yönünde hareket eden bir düzlem dalganın elektrik alanını ele alalım:
Elektrik alan vektörünün ucunun alacağı noktanın geometrik yeri Şekil 5'te verilmiştir.
Şekil 5. Ani eliptik polarizasyon dalgası elektrik alanı. (4).
Şekil 5'teki alan, saat yönünün tersine hareket ediyorsa, ekranın dışına doğru hareket ederse sağ el eliptik polarize olur. Elektrik alan vektörü ters yönde dönerse, alan sol el eliptik polarize olur.
Ayrıca, eliptik polarizasyon, dışmerkezliğine atıfta bulunur. Dışmerkezliğin, ana ve ikincil eksenlerin genliğine oranı. Örneğin, denklem (4)'ten dalga dışmerkezliği 1/0,3 = 3,33'tür. Eliptik polarize dalgalar, ana eksenin yönüyle daha da tanımlanır. Dalga denklemi (4), esas olarak x ekseninden oluşan bir eksene sahiptir. Ana eksenin herhangi bir düzlem açısında olabileceğine dikkat edin. Açının X, Y veya Z eksenine uyması gerekmez. Son olarak, hem dairesel hem de doğrusal polarizasyonun eliptik polarizasyonun özel durumları olduğunu belirtmek önemlidir. 1,0 dışmerkezli eliptik polarize dalga, dairesel polarize dalgadır. Sonsuz dışmerkezli eliptik polarize dalgalar. Doğrusal polarize dalgalar.
Anten polarizasyonu
Artık kutuplaşmış düzlem dalga elektromanyetik alanlarının farkında olduğumuza göre, bir antenin kutuplaşması basitçe tanımlanabilir.
Anten Polarizasyonu: Antenin uzak alan değerlendirmesi, ortaya çıkan yayılan alanın polarizasyonudur. Bu nedenle, antenler genellikle "doğrusal polarize" veya "sağ el dairesel polarize antenler" olarak listelenir.
Bu basit kavram, anten iletişimi için önemlidir. Öncelikle, yatay polarize bir anten, dikey polarize bir antenle iletişim kuramaz. Karşılıklılık teoremi nedeniyle, anten tam olarak aynı şekilde iletim ve alım yapar. Bu nedenle, dikey polarize antenler dikey polarize alanlar iletir ve alır. Dolayısıyla, dikey polarize bir anteni yatay polarize bir antenle iletmeye çalışırsanız, alım gerçekleşmeyecektir.
Genel durumda, birbirine göre bir açıyla ( ) döndürülmüş iki doğrusal polarize anten için, bu polarizasyon uyumsuzluğundan kaynaklanan güç kaybı, polarizasyon kayıp faktörü (PLF) ile açıklanacaktır:
Dolayısıyla, iki anten aynı polarizasyona sahipse, yaydıkları elektron alanları arasındaki açı sıfırdır ve polarizasyon uyumsuzluğundan kaynaklanan güç kaybı olmaz. Bir anten dikey polarize, diğeri yatay polarize ise, açı 90 derecedir ve hiçbir güç aktarımı olmaz.
NOT: Telefonu başınızın üzerinde farklı açılara doğru hareket ettirmek, bazen sinyal alımının neden arttığını açıklar. Cep telefonu antenleri genellikle doğrusal olarak polarize edilir, bu nedenle telefonu döndürmek genellikle telefonun polarizasyonuna uyum sağlayarak sinyal alımını iyileştirebilir.
Dairesel polarizasyon, birçok antenin arzu edilen bir özelliğidir. Her iki anten de dairesel polarize olduğundan, polarizasyon uyumsuzluğundan kaynaklanan sinyal kaybına uğramazlar. GPS sistemlerinde kullanılan antenler sağ el dairesel polarizedir.
Şimdi, doğrusal polarize bir antenin dairesel polarize dalgaları aldığını varsayalım. Benzer şekilde, dairesel polarize bir antenin doğrusal polarize dalgaları almaya çalıştığını varsayalım. Bunun sonucunda ortaya çıkan polarizasyon kaybı faktörü nedir?
Dairesel polarizasyonun aslında birbirine dik, 90 derece faz farkı olan iki doğrusal polarize dalga olduğunu hatırlayalım. Bu nedenle, doğrusal polarize (LP) bir anten yalnızca dairesel polarize (CP) dalga faz bileşenini alacaktır. Dolayısıyla, LP antenin polarizasyon uyumsuzluk kaybı 0,5 (-3dB) olacaktır. Bu, LP antenin hangi açıda döndürüldüğüne bakılmaksızın geçerlidir. Bu nedenle:
Polarizasyon kaybı faktörü bazen polarizasyon verimliliği, anten uyumsuzluk faktörü veya anten alım faktörü olarak da adlandırılır. Tüm bu isimler aynı kavramı ifade eder.
Yayın tarihi: 22 Aralık 2023
