La polarización es una de las características básicas de las antenas. Primero debemos comprender la polarización de las ondas planas. A continuación, analizaremos los principales tipos de polarización de antenas.
polarización lineal
Comenzaremos a comprender la polarización de una onda electromagnética plana.
Una onda electromagnética (EM) plana presenta varias características. La primera es que la potencia se propaga en una sola dirección (el campo no cambia en dos direcciones ortogonales). La segunda es que los campos eléctrico y magnético son perpendiculares y ortogonales entre sí. Los campos eléctrico y magnético son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda plana. Por ejemplo, considere un campo eléctrico de una sola frecuencia (campo E) dado por la ecuación (1). El campo electromagnético se propaga en la dirección +z. El campo eléctrico se dirige en la dirección +x. El campo magnético se dirige en la dirección +y.
En la ecuación (1), observe la notación: . Este es un vector unitario (un vector de longitud), lo que indica que el punto del campo eléctrico está en la dirección x. La onda plana se ilustra en la Figura 1.
Figura 1. Representación gráfica del campo eléctrico que viaja en la dirección +z.
La polarización es la forma de la traza y la propagación (contorno) de un campo eléctrico. Como ejemplo, considere la ecuación (1) del campo eléctrico de onda plana. Observaremos la posición donde el campo eléctrico es (X, Y, Z) = (0, 0, 0) en función del tiempo. La amplitud de este campo se representa gráficamente en la Figura 2, en varios instantes. El campo oscila a la frecuencia "F".
Figura 2. Observe el campo eléctrico (X, Y, Z) = (0,0,0) en diferentes momentos.
El campo eléctrico se observa en el origen, oscilando en amplitud. El campo eléctrico siempre se encuentra a lo largo del eje x indicado. Dado que el campo eléctrico se mantiene a lo largo de una sola línea, se puede decir que este campo está polarizado linealmente. Además, si el eje X es paralelo al suelo, este campo también se describe como polarizado horizontalmente. Si el campo está orientado a lo largo del eje Y, se puede decir que la onda está polarizada verticalmente.
Las ondas con polarización lineal no necesitan estar dirigidas a lo largo de un eje horizontal o vertical. Por ejemplo, una onda de campo eléctrico con una restricción a lo largo de una línea, como se muestra en la Figura 3, también estaría polarizada linealmente.
Imagen 3. Amplitud del campo eléctrico de una onda polarizada linealmente cuya trayectoria es un ángulo.
El campo eléctrico de la Figura 3 se describe mediante la ecuación (2). Ahora, el campo eléctrico tiene componentes x e y. Ambos componentes tienen el mismo tamaño.
Un aspecto importante de la ecuación (2) es la componente xy y los campos electrónicos en la segunda etapa. Esto significa que ambas componentes tienen la misma amplitud en todo momento.
polarización circular
Supongamos ahora que el campo eléctrico de una onda plana está dado por la ecuación (3):
En este caso, los elementos X e Y están desfasados 90 grados. Si el campo se observa como (X, Y, Z) = (0,0,0) de nuevo, como antes, la curva de campo eléctrico en función del tiempo aparecerá como se muestra en la Figura 4.
Figura 4. Intensidad del campo eléctrico (X, Y, Z) = (0,0,0) dominio EQ. (3).
El campo eléctrico de la Figura 4 gira en círculo. Este tipo de campo se describe como una onda con polarización circular. Para que exista polarización circular, se deben cumplir los siguientes criterios:
- Estándar para polarización circular
- El campo eléctrico debe tener dos componentes ortogonales (perpendiculares).
- Los componentes ortogonales del campo eléctrico deben tener amplitudes iguales.
- Los componentes en cuadratura deben estar desfasados 90 grados.
Si se desplaza por la pantalla Figura de Onda 4, se dice que la rotación del campo es antihoraria y de polarización circular dextrógira (RHCP). Si el campo gira en sentido horario, será de polarización circular levógira (LHCP).
Polarización elíptica
Si el campo eléctrico tiene dos componentes perpendiculares, desfasadas 90 grados pero de igual magnitud, el campo estará polarizado elípticamente. Considerando el campo eléctrico de una onda plana que viaja en la dirección +z, descrito por la ecuación (4):
El lugar geométrico del punto en el que la punta del vector del campo eléctrico asumirá su posición se da en la Figura 5
Figura 5. Campo eléctrico de onda de polarización elíptica inmediata. (4).
El campo de la Figura 5, que se desplaza en sentido antihorario, sería elíptico dextrógiro si se desplazara fuera de la pantalla. Si el vector del campo eléctrico gira en sentido opuesto, el campo tendrá polarización elíptica levógira.
Además, la polarización elíptica se refiere a su excentricidad. La razón de la excentricidad a la amplitud de los ejes mayor y menor. Por ejemplo, la excentricidad de onda de la ecuación (4) es 1/0.3 = 3.33. Las ondas elípticamente polarizadas se describen con más detalle por la dirección del eje mayor. La ecuación de onda (4) tiene un eje que consiste principalmente en el eje x. Tenga en cuenta que el eje mayor puede estar en cualquier ángulo plano. No es necesario que el ángulo se ajuste a los ejes X, Y o Z. Finalmente, es importante tener en cuenta que tanto la polarización circular como la lineal son casos especiales de polarización elíptica. 1.0 onda elípticamente polarizada excéntrica es una onda polarizada circularmente. Ondas polarizadas elípticamente con excentricidad infinita. Ondas polarizadas linealmente.
Polarización de la antena
Ahora que conocemos los campos electromagnéticos de ondas planas polarizadas, la polarización de una antena se define de forma sencilla.
Polarización de la antena. Evaluación de campo lejano de una antena: la polarización del campo radiado resultante. Por lo tanto, las antenas suelen clasificarse como "polarizadas linealmente" o "polarizadas circularmente dextrógira".
Este simple concepto es importante para las comunicaciones por antena. En primer lugar, una antena con polarización horizontal no se comunicará con una antena con polarización vertical. Debido al teorema de reciprocidad, la antena transmite y recibe exactamente de la misma manera. Por lo tanto, las antenas con polarización vertical transmiten y reciben campos con polarización vertical. Por lo tanto, si se intenta transmitir una señal con polarización vertical a una antena con polarización horizontal, no habrá recepción.
En el caso general, para dos antenas polarizadas linealmente rotadas entre sí en un ángulo ( ), la pérdida de potencia debido a este desajuste de polarización se describirá mediante el factor de pérdida de polarización (PLF):
Por lo tanto, si dos antenas tienen la misma polarización, el ángulo entre sus campos de electrones radiantes es cero y no hay pérdida de potencia por desajuste de polarización. Si una antena tiene polarización vertical y la otra horizontal, el ángulo es de 90 grados y no se transfiere potencia.
NOTA: Mover el teléfono sobre la cabeza en diferentes ángulos explica por qué a veces se puede mejorar la recepción. Las antenas de los celulares suelen tener polarización lineal, por lo que girar el teléfono suele ajustar la polarización, mejorando así la recepción.
La polarización circular es una característica deseable de muchas antenas. Ambas antenas tienen polarización circular y no sufren pérdida de señal por desajuste de polarización. Las antenas utilizadas en sistemas GPS tienen polarización circular derecha.
Supongamos ahora que una antena con polarización lineal recibe ondas con polarización circular. De forma equivalente, supongamos que una antena con polarización circular intenta recibir ondas con polarización lineal. ¿Cuál es el factor de pérdida de polarización resultante?
Recuerde que la polarización circular consiste en dos ondas ortogonales linealmente polarizadas, desfasadas 90 grados. Por lo tanto, una antena con polarización lineal (LP) solo recibirá el componente de fase de la onda con polarización circular (CP). Por lo tanto, la antena LP tendrá una pérdida por desajuste de polarización de 0,5 (-3 dB). Esto se aplica independientemente del ángulo de rotación de la antena LP. Por lo tanto:
El factor de pérdida de polarización a veces se denomina eficiencia de polarización, factor de desajuste de antena o factor de recepción de antena. Todos estos nombres hacen referencia al mismo concepto.
Hora de publicación: 22 de diciembre de 2023
