Upolarization ni mojawapo ya sifa za msingi za antena. Kwanza tunahitaji kuelewa upolarization wa mawimbi ya ndege. Kisha tunaweza kujadili aina kuu za upolarization wa antena.
upolarishaji wa mstari
Tutaanza kuelewa upolarishaji wa wimbi la sumakuumeme la ndege.
Wimbi la sumakuumeme la sayari (EM) lina sifa kadhaa. La kwanza ni kwamba nguvu husafiri katika mwelekeo mmoja (hakuna sehemu inayobadilika katika pande mbili za orthogonal). Pili, uwanja wa umeme na uwanja wa sumaku ni sawa kwa kila mmoja na sawa kwa kila mmoja. Sehemu za umeme na sumaku ni sawa kwa kila mmoja kwa mwelekeo wa uenezaji wa wimbi la ndege. Kwa mfano, fikiria uwanja wa umeme wa masafa moja (uwanja wa E) uliotolewa na mlinganyo (1). Sehemu ya sumakuumeme inasafiri katika mwelekeo wa +z. Sehemu ya umeme inaelekezwa katika mwelekeo wa +x. Sehemu ya sumakuumeme iko katika mwelekeo wa +y.
Katika mlinganyo (1), angalia nukuu: . Hii ni vekta ya kitengo (vekta ya urefu), ambayo inasema kwamba sehemu ya uwanja wa umeme iko katika mwelekeo wa x. Wimbi la ndege linaonyeshwa katika Mchoro 1.
Mchoro 1. Uwakilishi wa picha wa uwanja wa umeme unaosafiri katika mwelekeo wa +z.
Polarization ni umbo la alama na uenezaji (contour) wa uwanja wa umeme. Kwa mfano, fikiria mlinganyo wa uwanja wa umeme wa wimbi la ndege (1). Tutaangalia nafasi ambapo uwanja wa umeme ni (X, Y, Z) = (0,0,0) kama kigezo cha muda. Amplitude ya uwanja huu imechorwa katika Mchoro 2, katika matukio kadhaa kwa wakati. Uwanja unayumbayumba kwa masafa "F".
Mchoro 2. Angalia uga wa umeme (X, Y, Z) = (0,0,0) kwa nyakati tofauti.
Sehemu ya umeme huonekana mwanzoni, ikizunguka-zunguka mbele na nyuma kwa ukubwa. Sehemu ya umeme huwa kando ya mhimili wa x ulioonyeshwa. Kwa kuwa sehemu ya umeme hudumishwa kando ya mstari mmoja, sehemu hii inaweza kusemwa kuwa imegawanywa kwa mstari. Zaidi ya hayo, ikiwa mhimili wa X ni sambamba na ardhi, sehemu hii pia inaelezewa kuwa imegawanywa kwa usawa. Ikiwa sehemu ya umeme imeelekezwa kando ya mhimili wa Y, wimbi linaweza kusemwa kuwa limegawanywa kwa wima.
Mawimbi yenye polari ya mstari hayahitaji kuelekezwa kwenye mhimili mlalo au wima. Kwa mfano, wimbi la uwanja wa umeme lenye kizuizi kilichopo kando ya mstari kama inavyoonyeshwa kwenye Mchoro 3 pia lingegawanywa kwa polari ya mstari.
picha 3. Amplitude ya uwanja wa umeme wa wimbi lenye polari ya mstari ambalo mwelekeo wake ni pembe.
Sehemu ya umeme katika Mchoro 3 inaweza kuelezewa kwa mlinganyo (2). Sasa kuna sehemu ya x na y ya sehemu ya umeme. Vipengele vyote viwili vina ukubwa sawa.
Jambo moja la kuzingatia kuhusu mlinganyo (2) ni sehemu za xy-component na elektroniki katika hatua ya pili. Hii ina maana kwamba vipengele vyote viwili vina amplitude sawa wakati wote.
upolarishaji wa mviringo
Sasa tuseme kwamba uga wa umeme wa wimbi la ndege umetolewa kwa mlinganyo (3):
Katika hali hii, elementi za X na Y ziko nje ya awamu kwa digrii 90. Ikiwa sehemu itaonekana kama (X, Y, Z) = (0,0,0) tena kama hapo awali, sehemu ya umeme dhidi ya mkondo wa muda itaonekana kama inavyoonyeshwa hapa chini katika Mchoro 4.
Mchoro 4. Nguvu ya uwanja wa umeme (X, Y, Z) = (0,0,0) Kikoa cha EQ. (3).
Sehemu ya umeme katika Mchoro 4 huzunguka katika duara. Aina hii ya sehemu inaelezewa kama wimbi lenye polari ya duara. Kwa polari ya duara, vigezo vifuatavyo lazima vitimizwe:
- Kiwango cha upolarishaji wa duara
- Sehemu ya umeme lazima iwe na vipengele viwili vya mkato (perpendicular).
- Vipengele vya orthogonal vya uwanja wa umeme lazima viwe na amplitudes sawa.
- Vipengele vya quadrature lazima viwe nje ya awamu kwa digrii 90.
Ikiwa unasafiri kwenye skrini ya Wimbi Mchoro 4, mzunguko wa uwanja unasemekana kuwa kinyume cha saa na ule wa mkono wa kulia wenye polari (RHCP). Ikiwa uwanja umezungushwa kwa mwelekeo wa saa, uwanja utakuwa na polari ya mviringo ya mkono wa kushoto (LHCP).
Upolarishaji wa duaradufu
Ikiwa uwanja wa umeme una vipengele viwili vya mkato, nyuzi 90 nje ya awamu lakini vyenye ukubwa sawa, uwanja huo utakuwa na polari ya mviringo. Kwa kuzingatia uwanja wa umeme wa wimbi la ndege linalosafiri katika mwelekeo wa +z, ulioelezwa na Mlinganyo (4):
Eneo la sehemu ambayo ncha ya vekta ya uwanja wa umeme itadhaniwa imetolewa katika Mchoro 5
Mchoro 5. Sehemu ya umeme ya wimbi la upolarization wa mviringo. (4).
Sehemu katika Mchoro 5, inayosafiri kwa mwelekeo kinyume na saa, itakuwa ya mviringo kwa mkono wa kulia ikiwa inasafiri nje ya skrini. Ikiwa vekta ya sehemu ya umeme itazunguka upande mwingine, sehemu hiyo itakuwa ya mviringo kwa mkono wa kushoto.
Zaidi ya hayo, upolarishaji wa duaradufu unarejelea upolarishaji wake. Uwiano wa upolarishaji na ukubwa wa shoka kuu na ndogo. Kwa mfano, upolarishaji wa wimbi kutoka kwa mlinganyo (4) ni 1/0.3= 3.33. Mawimbi yenye polari ya duaradufu yanaelezewa zaidi kwa mwelekeo wa mhimili mkuu. Mlinganyo wa wimbi (4) una mhimili unaojumuisha mhimili wa x. Kumbuka kwamba mhimili mkuu unaweza kuwa katika pembe yoyote ya ndege. Pembe haihitajiki ili kutoshea mhimili wa X, Y au Z. Mwishowe, ni muhimu kutambua kwamba upolarishaji wa duara na mstari ni visa maalum vya upolarishaji wa duaradufu. Wimbi la polarishaji la duaradufu la 1.0 ni wimbi lenye polari la duaradufu. Mawimbi yenye polari ya duaradufu yenye upolarishaji usio na kikomo. Mawimbi yenye polari ya mstari.
Upolarishaji wa antena
Sasa kwa kuwa tunajua kuhusu mashamba ya sumakuumeme ya mawimbi ya ndege yaliyogawanywa, upolarishaji wa antena umefafanuliwa kwa urahisi.
Ugawaji wa Antena Tathmini ya uwanja wa mbali wa antena, ugawaji wa uwanja unaotokana na mionzi. Kwa hivyo, antena mara nyingi huorodheshwa kama "zilizo na polarized linearly" au "antena zenye polarized za mkono wa kulia".
Wazo hili rahisi ni muhimu kwa mawasiliano ya antena. Kwanza, antena yenye polari mlalo haitawasiliana na antena yenye polari wima. Kutokana na nadharia ya upatanishi, antena hutuma na kupokea kwa njia ile ile. Kwa hivyo, antena zenye polari wima hutuma na kupokea sehemu zenye polari wima. Kwa hivyo, ukijaribu kuwasilisha antena yenye polari mlalo iliyo na polari wima, hakutakuwa na mapokezi.
Kwa ujumla, kwa antena mbili zenye polari mstari zinazozungushwa kuhusiana na kila mmoja kwa pembe ( ), upotevu wa nguvu kutokana na kutolingana huku kwa polari utaelezewa na kipengele cha upotevu wa polari (PLF):
Kwa hivyo, ikiwa antena mbili zina upolarishaji sawa, pembe kati ya mashamba yao ya elektroni yanayotoa mionzi ni sifuri na hakuna upotevu wa nguvu kutokana na kutolingana kwa upolarishaji. Ikiwa antena moja imepolarishwa wima na nyingine imepolarishwa mlalo, pembe hiyo ni digrii 90, na hakuna nguvu itakayohamishwa.
KUMBUKA: Kusogeza simu juu ya kichwa chako kwa pembe tofauti kunaelezea kwa nini mapokezi wakati mwingine yanaweza kuongezeka. Antena za simu za mkononi kwa kawaida huwa na polari ya mstari, kwa hivyo kuzungusha simu mara nyingi kunaweza kuendana na polari ya simu, na hivyo kuboresha mapokezi.
Upolarishaji wa duara ni sifa inayohitajika kwa antena nyingi. Antena zote mbili zina polari ya duara na hazipatikani na upotevu wa mawimbi kutokana na kutolingana kwa polarishaji. Antena zinazotumika katika mifumo ya GPS zina polari ya duara ya mkono wa kulia.
Sasa fikiria kwamba antena yenye polari ya mstari hupokea mawimbi yenye polari ya mviringo. Vile vile, fikiria kwamba antena yenye polari ya mviringo hujaribu kupokea mawimbi yenye polari ya mstari. Je, ni nini kinachosababisha upotevu wa polari?
Kumbuka kwamba upolarishaji wa duara kwa kweli ni mawimbi mawili ya mstari yaliyo na mlalo wa orthogonal, digrii 90 nje ya awamu. Kwa hivyo, antena yenye mlalo wa mstari (LP) itapokea tu sehemu ya awamu ya wimbi iliyo na mlalo wa mviringo (CP). Kwa hivyo, antena ya LP itakuwa na hasara ya kutolingana kwa upolarishaji ya 0.5 (-3dB). Hii ni kweli bila kujali ni pembe gani antena ya LP imezungushwa. Kwa hivyo:
Kipengele cha upotevu wa polarisation wakati mwingine hujulikana kama ufanisi wa polarisation, kipengele cha kutolingana kwa antena, au kipengele cha mapokezi ya antena. Majina haya yote yanarejelea dhana moja.
Muda wa chapisho: Desemba-22-2023
