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                    什么是垂直極化、水平極化、圓極極化?都有什么特點和優勢?

                    時間:2021-04-11 07:49來源:海獵人

                    天線的極化,就是指天線輻射時形成的電場強度方向。

                    電波在空間傳播時,其電場矢量的瞬時取向稱為極化。極化方式有兩類:一種是線極化,一種是圓極化。其中在線極化方式下又分為水平極化和垂直極化;在圓極化方式下又分左旋圓極化和右旋圓極化。如果電波傳播時電場矢量的空間描出軌跡為一直線,它始終在一個平面內傳播,則稱為線極化波。線極化波又有水平極化波和垂直極化波之分。當電場強度方向垂直于地面時,此電波就稱為垂直極化波;當電場強度方向平行于地面時,此電波就稱為水平極化波。電波的極化特性取決于發射天饋系統的極化特性。接收天線必須與發射天線具有相同的極化和旋向特性,以實現極化匹配,從而接收全部能量。若部分匹配,則只能接收部分能量。

                    垂直極化

                    當電場強度方向垂直于地面時

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                    水平極化

                    當電場強度方向平行于地面時

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                    圓極化

                    當無線電波的極化面與大地法線面之間的夾角從0~360度周期地變化,即電場大小不變,方向隨時間變化,電場矢量末端的軌跡在垂直于傳播方向的平面上投影是一個圓時,稱為圓極化。在電場的水平分量和垂直分量振幅相等,相位相差90度或270度時,可以得到圓極化。圓極化,若極化面隨時間旋轉并與電磁波傳播方向成右螺旋關系,稱右圓極化;反之,若成左螺旋關系,稱左圓極化。

                    左旋圓極化
                    (LHCP)

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                    右旋圓極化
                    (RHCP)

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                    對于線極化,當收信天線的極化方向與線極化方向一致(電場方向)時,感應出的信號最大(電磁波在極化方向上投影最大);隨著收信天線的極化方向與線極化方向偏離越來越多時,感應出的信號越。ㄍ队安粩鄿p。;當收信天線的極化方向與線極化方向正交(磁場方向)時,感應出的信號為零(投影為零)。線極化方式對天線的方向要求較高。當然在實際條件下,電磁波傳播途中遇到反射折射,會引起極化方向偏轉,有時一個信號既可以被水平天線接收,也可以被垂直天線接收,但無論如何,天線的極化方向常常是需要考慮的重要問題。

                    對于圓極化,無論收信天線的極化方向如何,感應出的信號都是相同的,不會有什么差別(電磁波在任何方向上的投影都是一樣的)。

                    打個形象的比喻,線極化類似彎曲在地面上爬行的蛇,圓極化類似蛇繞在木棍上繞行。再打個比喻,你拿一根繩子,上下擺,繩子傳遞的波就是線極化形式的;不斷地畫圓,傳遞的波就是圓極化的。


                    圓極化優點

                    圓極化的主要優點是,用它做發射時,如果用線極化的作接收,則任意方向的線極化都能接收到電平值,即不存在線極化和線極化垂直時接收不到電平值的情況。

                    下表顯示了水平,垂直,RHCP(右旋圓極化)和LHCP(左旋圓極化)之間的關系以及以dB為單位的損耗?梢,使用不同線極化天線損耗可達30dB,使用圓極化天線接收線極化損耗只有3dB,但是不同極化圓極化之間損耗也有30dB,所以在衛星通信中選對天線的極化很重要。

                     

                    如何實現圓極化?

                    1、螺旋天線很容易提供所需的圓極化,這取決于它們的構造。實際上,它是懸臂上的大型線圈,其中ClockWise(CW)繞組提供RHCP,Counter ClockWise提供LHCP。但是,有時螺旋天線的極化也是不利的,因為能反轉極性?梢院唵螐耐庑紊峡闯,如果螺旋天線為順時針繞法,則給出RHCP(右旋)。如果逆時針繞法則給出LHCP(左旋)。


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                    2、“ Cross-Yagis”,是指兩個相同的八木天線,第一個位于垂直位置,第二個位于水平位置。這兩個天線之間的角度必須始終為90°,因此也可以將這些天線放置在“ X”形位置,第一個天線的角度為45°,第二個天線的角度為135°。

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                    下圖顯示了帶有VHF和UHF“Cross-Yagis”天線的典型排列,可以用來做LEO衛星通信。

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                    如果CrossBoom(橫梁)由非金屬材料(例如木材,PVC等)制成, 則CrossBoom和Horizontal(水平)天線之間不會產生明顯影響,因此在這種情況下,可以將兩個天線安裝為'+'字型安裝。如果是金屬橫梁需要“X”型安裝。


                    這兩種裝法的天線都是可以使用切換器切換極化的,如果您需要一個可以在垂直極化(用于本地通信),水平極化(用于遠距離通信)和圓極化(用于衛星通信)之間改變的話,則“+”字安裝有一定優勢。只需要最少數量的同軸繼電器,便能夠使該系統在垂直-水平-RHCP極化之間“切換”,而“ X”字裝法則需要更多的同軸繼電器(和相位電纜)來實現。

                    3、兩幅八木如何實現圓極化

                    上面說的是兩幅八木結構上的要求,如果不使用相位電纜實現圓極化,不管是“+”字型機構還是“X”字型結構安裝都必須使兩幅八木天線之間有四分之一波長的前后間距,這樣使用物理的方式實現90度相位差。從而實現圓極化。具體兩幅八木天線的匹配方法可以復習一下前期關于阻抗的文章。

                    天線的阻抗匹配和堆疊

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                    下面用電纜移相法將兩幅在同一位置“+”字交叉裝法的八木天線實現圓極化舉例說明:

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                    如果您看過之前關于阻抗的文章比較容易理解這個匹配

                    我們假設兩幅八木都是50歐的阻抗。

                    天線1直接接奇數倍四分之一波長的75歐電纜合成出100歐阻抗。

                    天線2先連接一根四分之一波長的50歐饋線移相90度,再連接一根奇數倍四分之一波長的75歐電纜得到100歐合成阻抗。

                    兩幅天線100歐合成阻抗并聯得到50歐接任意長度50歐電纜到收發機。

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                    至于如何實現左旋還是右旋以上圖所示正確的連接同軸電纜即可。

                    跟之前關于打蛋器的文章是不是很像?

                    所以阻抗匹配搞清楚后一通百通。

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