偏波はアンテナの基本特性の 1 つです。まず平面波の偏光を理解する必要があります。次に、アンテナの偏波の主なタイプについて説明します。
直線偏光
平面電磁波の偏光について理解し始めます。
平面電磁波 (EM) にはいくつかの特徴があります。 1 つ目は、力が一方向に伝わることです (直交する 2 つの方向では場は変化しません)。第二に、電場と磁場は互いに垂直であり、互いに直交する。電場と磁場は平面波の伝播方向に対して垂直です。例として、式 (1) で与えられる単一周波数の電界 (E フィールド) を考えてみましょう。電磁場は +z 方向に進行します。電界は +x 方向に向けられます。磁場は+y方向です。
式 (1) では、次の表記に注意してください。これは電界点が x 方向にあることを示す単位ベクトル (長さのベクトル) です。平面波を図 1 に示します。
図 1. +z 方向に進む電場のグラフ表示。
分極は、電場の軌跡および伝播形状 (等高線) です。例として、平面波電界方程式 (1) を考えてみましょう。電場が (X,Y,Z) = (0,0,0) となる位置を時間の関数として観察します。この磁場の振幅を、時間内のいくつかの時点でプロットしたものが図 2 です。場は周波数「F」で振動しています。
図 2. さまざまな時点での電場 (X, Y, Z) = (0,0,0) を観察します。
電場は原点で観察され、振幅が前後に振動します。電場は常に示された x 軸に沿っています。電場は単一の線に沿って維持されるため、この電場は直線偏光していると言えます。さらに、X 軸が地面に平行な場合、この場は水平偏波とも呼ばれます。場の向きが Y 軸に沿っている場合、波は垂直偏波であると言えます。
直線偏波は水平軸または垂直軸に沿って指向する必要はありません。たとえば、図 3 に示すように、直線に沿って制約が存在する電界波も直線偏光になります。
画像 3. 軌道が角度である直線偏波の電場振幅。
図 3 の電場は式 (2) で説明できます。ここで、電場の x 成分と y 成分が存在します。両方のコンポーネントのサイズは同じです。
式 (2) で注目すべき点の 1 つは、第 2 段階の xy 成分と電子場です。これは、両方の成分が常に同じ振幅を持つことを意味します。
円偏光
ここで、平面波の電場が式 (3) で与えられると仮定します。
この場合、X 要素と Y 要素の位相は 90 度ずれています。前と同様に場が (X, Y, Z) = (0,0,0) として観測される場合、電場対時間の曲線は以下の図 4 のように表示されます。
図 4. 電界強度 (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ ドメイン。 (3)。
図 4 の電場は円を描くように回転します。このタイプの場は円偏波として説明されます。円偏波の場合、次の基準を満たす必要があります。
- 円偏波の規格
- 電場には 2 つの直交 (垂直) 成分がなければなりません。
- 電場の直交成分は等しい振幅を持たなければなりません。
- 直角位相成分は 90 度位相がずれている必要があります。
Wave Figure 4 画面上を移動する場合、フィールド回転は反時計回りで右回り円偏光 (RHCP) であると言われます。フィールドが時計回り方向に回転すると、フィールドは左回り円偏波 (LHCP) になります。
楕円偏光
電界に 2 つの垂直成分があり、位相が 90 度ずれているが大きさが等しい場合、電界は楕円偏光になります。式 (4) で表される、+z 方向に進行する平面波の電場を考慮します。
電界ベクトルの先端がとる点の軌跡を図 5 に示します。
図 5. 即時楕円偏波電場。 (4)。
図 5 のフィールドは反時計回りに移動しており、画面の外に移動すると右回りの楕円形になります。電場ベクトルが逆方向に回転すると、電場は左回りの楕円偏光になります。
さらに、楕円偏光とはその離心率を指します。長軸と短軸の振幅に対する離心率の比。たとえば、式 (4) からの波の離心率は 1/0.3= 3.33 です。楕円偏波は、長軸の方向によってさらに説明されます。波動方程式 (4) は主に x 軸からなる軸を持っています。主軸は任意の平面角度にできることに注意してください。角度は X、Y、または Z 軸に適合する必要はありません。最後に、円偏光と直線偏光はどちらも楕円偏光の特殊なケースであることに注意することが重要です。 1.0偏心楕円偏波は円偏波です。離心率が無限大の楕円偏波。直線偏波。
アンテナの偏波
偏波平面波電磁界について理解したので、アンテナの偏波は簡単に定義されます。
アンテナ偏波 アンテナの遠距離場評価、結果として生じる放射場の偏波。したがって、アンテナは「直線偏波アンテナ」または「右旋円偏波アンテナ」としてリストされることがよくあります。
この単純な概念はアンテナ通信にとって重要です。まず、水平偏波アンテナは垂直偏波アンテナとは通信できません。相反定理により、アンテナはまったく同じ方法で送信と受信を行います。したがって、垂直偏波アンテナは垂直偏波フィールドを送信および受信します。したがって、垂直偏波の水平偏波のアンテナを伝えようとしても受信できません。
一般的なケースでは、角度 ( ) だけ相対的に回転された 2 つの直線偏波アンテナの場合、この偏波不一致による電力損失は、偏波損失係数 (PLF) で表されます。
したがって、2 つのアンテナが同じ偏波を持っている場合、それらの放射電子フィールド間の角度はゼロとなり、偏波の不一致による電力損失は発生しません。一方のアンテナが垂直偏波で、もう一方のアンテナが水平偏波の場合、角度は 90 度となり、電力は伝送されません。
注: 電話機を頭の上でさまざまな角度に動かすと、受信が増加する場合がある理由が説明されます。通常、携帯電話のアンテナは直線偏波であるため、携帯電話を回転させると電話の偏波と一致することが多く、受信状態が向上します。
円偏波は、多くのアンテナにとって望ましい特性です。どちらのアンテナも円偏波であり、偏波の不一致による信号損失の影響を受けません。 GPS システムで使用されるアンテナは右旋円偏波です。
ここで、直線偏波アンテナが円偏波を受信すると仮定します。同様に、円偏波アンテナが直線偏波を受信しようとすると仮定します。結果として生じる偏光損失係数は何ですか?
円偏波は実際には 90 度位相が異なる 2 つの直交する直線偏波であることを思い出してください。したがって、直線偏波 (LP) アンテナは円偏波 (CP) 波の位相成分のみを受信します。したがって、LP アンテナの偏波不整合損失は 0.5 (-3dB) になります。これは、LP アンテナがどの角度に回転されても当てはまります。したがって：
偏波損失係数は、偏波効率、アンテナ不整合係数、またはアンテナ受信係数と呼ばれることもあります。これらの名前はすべて同じ概念を指します。
投稿日時: 2023 年 12 月 22 日
