La polarización es una de las características básicas de las antenas. Primero debemos comprender la polarización de las ondas planas. Luego podemos discutir los principales tipos de polarización de antenas.
polarización lineal
Empezaremos a comprender la polarización de una onda electromagnética plana.
Una onda electromagnética (EM) plana tiene varias características. La primera es que la potencia viaja en una dirección (ningún campo cambia en dos direcciones ortogonales). En segundo lugar, el campo eléctrico y el campo magnético son perpendiculares entre sí y ortogonales entre sí. Los campos eléctricos y magnéticos son perpendiculares a la dirección de propagación de la onda plana. Como ejemplo, considere un campo eléctrico de frecuencia única (campo E) dado por la ecuación (1). El campo electromagnético viaja en la dirección +z. El campo eléctrico se dirige en la dirección +x. El campo magnético está en la dirección +y.
En la ecuación (1), observe la notación: . Este es un vector unitario (un vector de longitud), que dice 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 (contorno) de traza y propagación de un campo eléctrico. Como ejemplo, considere la ecuación del campo eléctrico de onda plana (1). 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 en la Figura 2, en varios momentos en el tiempo. 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 hacia adelante y hacia atrás en amplitud. El campo eléctrico siempre está 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 linealmente polarizadas no necesitan dirigirse a lo largo de un eje horizontal o vertical. Por ejemplo, una onda de campo eléctrico con una restricción situada a lo largo de una línea como se muestra en la Figura 3 también estaría polarizada linealmente.
imagen 3. La amplitud del campo eléctrico de una onda polarizada linealmente cuya trayectoria es un ángulo.
El campo eléctrico en la Figura 3 se puede describir mediante la ecuación (2). Ahora hay una componente xey del campo eléctrico. Ambos componentes son iguales en tamaño.
Una cosa a tener en cuenta sobre la ecuación (2) son los campos electrónicos y del componente xy en la segunda etapa. Esto significa que ambos componentes tienen la misma amplitud en todo momento.
polarización circular
Ahora supongamos que el campo eléctrico de una onda plana viene 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) nuevamente como antes, la curva del campo eléctrico versus el tiempo aparecerá como se muestra a continuación 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 polarizada circularmente. Para la polarización circular, se deben cumplir los siguientes criterios:
- Estándar para polarización circular
- El campo eléctrico debe tener dos componentes ortogonales (perpendiculares).
- Las componentes ortogonales del campo eléctrico deben tener amplitudes iguales.
- Los componentes en cuadratura deben estar desfasados 90 grados.
Si viaja en la pantalla Wave Figura 4, se dice que la rotación del campo es en sentido antihorario y polarizada circularmente hacia la derecha (RHCP). Si el campo se gira en el sentido de las agujas del reloj, el campo tendrá polarización circular izquierda (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 asumirá la punta del vector del campo eléctrico se muestra en la Figura 5.
Figura 5. Campo eléctrico de onda de polarización elíptica inmediata. (4).
El campo en la Figura 5, que viaja en sentido antihorario, sería elíptico hacia la derecha si sale de la pantalla. Si el vector del campo eléctrico gira en la dirección opuesta, el campo estará polarizado elípticamente hacia la izquierda.
Además, la polarización elíptica se refiere a su excentricidad. La relación entre la excentricidad y la amplitud de los ejes mayor y menor. Por ejemplo, la excentricidad de la onda de la ecuación (4) es 1/0,3 = 3,33. Las ondas elípticamente polarizadas se describen con más detalle mediante 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 al eje X, Y o Z. Finalmente, es importante señalar que tanto la polarización circular como la lineal son casos especiales de polarización elíptica. La onda excéntrica polarizada elípticamente 1.0 es una onda polarizada circularmente. Ondas elípticamente polarizadas con excentricidad infinita. Ondas linealmente polarizadas.
Polarización de antena
Ahora que conocemos los campos electromagnéticos de ondas planas polarizadas, la polarización de una antena se define simplemente.
Polarización de antena Una evaluación de campo lejano de la antena, la polarización del campo radiado resultante. Por lo tanto, las antenas a menudo se enumeran como "antenas polarizadas linealmente" o "antenas polarizadas circularmente hacia la derecha".
Este concepto simple es importante para las comunicaciones por antena. Primero, una antena polarizada horizontalmente no se comunicará con una antena polarizada verticalmente. Debido al teorema de reciprocidad, la antena transmite y recibe exactamente de la misma manera. Por tanto, las antenas polarizadas verticalmente transmiten y reciben campos polarizados verticalmente. Por lo tanto, si intenta transmitir una antena polarizada verticalmente y polarizada horizontalmente, no habrá recepción.
En el caso general, para dos antenas polarizadas linealmente giradas 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 debido a un desajuste de polarización. Si una antena está polarizada verticalmente y la otra está polarizada horizontalmente, el ángulo es de 90 grados y no se transferirá energía.
NOTA: Mover el teléfono sobre su cabeza en diferentes ángulos explica por qué a veces se puede aumentar la recepción. Las antenas de los teléfonos móviles suelen estar polarizadas linealmente, por lo que al girar el teléfono a menudo se puede igualar la polarización del teléfono, mejorando así la recepción.
La polarización circular es una característica deseable de muchas antenas. Ambas antenas están polarizadas circularmente y no sufren pérdida de señal debido a un desajuste de polarización. Las antenas utilizadas en los sistemas GPS están polarizadas circularmente hacia la derecha.
Supongamos ahora que una antena polarizada linealmente recibe ondas polarizadas circularmente. De manera equivalente, supongamos que una antena con polarización circular intenta recibir ondas polarizadas linealmente. ¿Cuál es el factor de pérdida de polarización resultante?
Recuerde que la polarización circular son en realidad dos ondas ortogonales polarizadas linealmente, desfasadas 90 grados. Por lo tanto, una antena con polarización lineal (LP) solo recibirá el componente de fase de onda con polarización circular (CP). Por lo tanto, la antena LP tendrá una pérdida por desajuste de polarización de 0,5 (-3 dB). Esto es cierto sin importar en qué ángulo se gire 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
