有关天线的极化

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在《天线基础理论》一文中,我们详细介绍了天线的基本理论,里面提到了天线极化的这个概念。关于电磁波的极化,我们在《电磁波极化》一文中详细进行了描述,并且整理了一些生动形象的图片说明。在实际应用中,电磁波是由天线发出的,因此电磁波的极化也就是天线的极化。那么对应电磁波的三种极化方式:线极化,圆极化和椭圆极化,那么天线也有这是三种计划类型。天线极化是设计和架设无线电天线甚至将它们整合到小型无线或移动通信系统中的一个重要因素。有些天线是垂直极化的,有些是水平极化的,还有一些天线类型有不同的极化形式。
 
还有一些天线类型有不同的极化形式。
 
在设计天线时,决定特定形式的天线时,重要的是要了解它需要极化的方式。具有特定极化的无线电天线将无法有效接收具有不同极化的电磁波信号。
 
也就是说,许多无线和移动电话系统可能依赖于这样一个事实,即发射器和接收器之间可能存在许多反射,这往往意味着信号在到达接收器时将具有特定的极化。尽管如此,天线的极化仍然很重要。
 
天线极化的理论基础
 
对于电磁波,极化实际上是电波在其中振动的平面。这在查看天线时很重要,因为它们对极化很敏感,并且通常只接收或发送具有特定极化的信号。
 
对于大多数天线来说,确定极化非常容易。它只是在与天线元件相同的平面上。因此,垂直天线(即具有垂直元件的天线)将最好地接收垂直极化信号,类似地,水平天线将接收水平极化信号。
 
水平天线将接收水平极化信号。
 
将射频天线的极化与输入信号的极化相匹配非常重要。以这种方式获得最大信号。如果 RF 天线极化与信号极化不匹配,则信号电平会相应降低。它被 RF 天线的极化和信号之间的角度的余弦因子减小。
 
因此,位于自由空间的天线的极化非常重要,显然它们应该在完全相同的平面上以提供最佳信号。如果它们彼此成直角(即交叉极化),那么理论上将不会接收到信号。
 
对于地面无线电通信应用,发现一旦信号被传输,则其极化将大致保持不变。然而,路径中物体的反射会改变偏振。由于接收到的信号是直接信号加上许多反射信号的总和,因此信号的整体极化可能会略有变化,尽管它大致保持不变。
 
 
极化类别
在某些情况下,不同类型的电磁波极化传播方式略有不同。这意味着对于某些形式的广播、无线电通信或某些无线系统,可以使用不同形式的极化。
 
一般来说,各种极化形式的优缺点比较微妙,但在某些形式的广播、无线电通信或移动通信系统的无线链路中,这些微小的差异会产生很大的差异。
 
极化有几个类别,并且在每种类型中都有几个子类别。除此之外,相关天线具有相应的极化。
 
线极化:   线极化是最常见的天线极化形式。它的特点是所有辐射都在一个平面上 - 因此术语线性:
 
水平极化:   这种形式的天线极化具有水平元素。它拾取并辐射水平极化信号,即具有水平面电场的电磁波。
 
垂直极化:   这种形式的天线以天线内的垂直元件为代表。它可以是单个垂直元素。使用垂直极化的原因之一是由单个垂直元件组成的天线可以在水平面内围绕它均匀地辐射。通常,垂直极化天线具有所谓的低辐射角,使得它们的大部分功率能够以接近地球表面的角度进行辐射。垂直极化天线也非常方便用于汽车。
 
倾斜极化:   这是一种无线电天线极化形式,与水平或垂直平面成一定角度。这样,垂直和水平极化天线都能够接收信号。
 
圆极化:   这对卫星应用等领域有许多好处,它有助于克服传播异常、地面反射和许多卫星上发生的自旋效应的影响。圆偏振比线偏振更难可视化。然而,它可以通过可视化从正在旋转的射频天线传播的信号来想象。然后可以看到电场矢量的尖端在远离天线行进时描绘出螺旋线或开瓶器。
 
右手圆极化:   在这种极化形式中,矢量以右手方式旋转。
 
左旋圆极化:   在这种极化形式中,矢量以左旋方式旋转,即与右旋相反。
 
混合极化:   另一种极化形式称为椭圆极化。当线性和圆极化混合时会发生这种情况。这可以像以前一样通过电场矢量的尖端描绘出一个椭圆形的开瓶器来可视化。
 
线极化天线可以接收圆极化信号,反之亦然。无论线极化天线是垂直安装、水平安装还是安装在任何其他平面但指向到达的信号,强度都是相同的。
 
由于信号电平将比使用相同方向的圆极化天线时低 3 dB,因此会出现一些劣化。当圆极化天线接收线极化信号时也存在同样的情况。
 
 
不同类型天线极化的应用
在不同的应用中使用不同类型的极化以使其优势得以发挥。因此,不同形式的极化用于不同的应用:
 
通用无线电通信:   由于无线电天线通常更简单、更直接,因此线性极化是迄今为止大多数无线电通信应用中使用最广泛的。
 
移动电话和短距离无线通信:   近年来,移动电话和短距离无线通信的使用出现了惊人的增长。从蜂窝通信到 Wi-Fi 以及能够实现短距离无线通信的许多其他标准,应有尽有。
 
通常线性极化用于这些设备,因为线性极化天线更容易在这些设备中制造,因此基站需要具有类似的极化。虽然经常使用垂直极化,但 Wi-Fi 路由器等许多产品都有可调节的天线。此外,这些通信通常具有可能从各种表面反射的信号路径,到达接收器的极化可能相对随机,因此问题可能较小。
 
移动双向无线电通信:   有许多传统的移动双向无线电通信系统仍在使用,从紧急服务到无线电收发器位于车辆中的大量私人移动无线电应用,无所不包。
 
垂直极化通常用于这些移动双向无线电通信。这是因为许多垂直极化无线电天线设计具有全向辐射模式,这意味着天线不必像移动无线电通信那样在车辆移动时重新定位为位置。
 
长距离 HF 电离层通信:   使用垂直和水平极化:
 
水平极化:   线天线广泛用于 HF 通信。这些往往更容易使用两个杆子竖立起来,让电线天线悬挂在两者之间。以这种方式,天线是水平极化的。
 
对于大型多元素天线阵列,机械约束意味着它们可以比垂直平面更容易地安装在水平平面中。这是因为射频天线元件与安装它们的立柱垂直塔成直角,因此通过使用带有水平元件的天线,两者之间的物理和电气干扰较小。
 
垂直极化:   由单个垂直元件组成的天线被广泛使用。垂直极化天线提供低辐射角,使其能够提供良好的长距离传输和接收。
 
中波广播:   中波广播电台通常使用垂直极化,因为使用垂直极化的地波在地球上的传播要好得多,而水平极化则显示使用电离层的长距离通信的边际改善。
 
垂直极化天线的优点是它会在平行于地球的所有方向上均匀地辐射,这有利于覆盖。此外,垂直天线只需要垂直元件 - 水平极化天线需要两个支撑。
 
卫星通信:   圆极化有时用于卫星无线电通信,因为在传播和克服卫星改变其方向引起的衰落方面有一些优势。
 
可以看出,每种形式的无线电天线极化都有其自身的优点,可以在特定情况下加以利用。选择正确的极化形式可以提供一些优势,因此非常重要。
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