โพลาไรเซชันเป็นหนึ่งในลักษณะพื้นฐานของเสาอากาศ ก่อนอื่นเราต้องเข้าใจโพลาไรเซชันของคลื่นระนาบก่อน จากนั้นเราสามารถหารือเกี่ยวกับโพลาไรเซชันเสาอากาศประเภทหลักได้
โพลาไรซ์เชิงเส้น
เราจะเริ่มเข้าใจโพลาไรเซชันของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าในระนาบ
คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าระนาบ (EM) มีลักษณะหลายประการ ประการแรกคือกำลังเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว (ไม่มีการเปลี่ยนแปลงสนามในสองทิศทางตั้งฉาก) ประการที่สอง สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตั้งฉากกันและตั้งฉากกัน สนามไฟฟ้าและสนามแม่เหล็กตั้งฉากกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่นระนาบ ตัวอย่างเช่น พิจารณาสนามไฟฟ้าความถี่เดียว (สนาม E) ที่กำหนดโดยสมการ (1) สนามแม่เหล็กไฟฟ้ากำลังเคลื่อนที่ในทิศทาง +z สนามไฟฟ้ามีทิศทางในทิศทาง +x สนามแม่เหล็กอยู่ในทิศทาง +y
ในสมการ (1) ให้สังเกตสัญลักษณ์: นี่คือเวกเตอร์หน่วย (เวกเตอร์ความยาว) ซึ่งบอกว่าจุดสนามไฟฟ้าอยู่ในทิศทาง x คลื่นระนาบแสดงไว้ในรูปที่ 1
รูปที่ 1 การแสดงภาพกราฟิกของสนามไฟฟ้าที่เคลื่อนที่ในทิศทาง +z
โพลาไรเซชันคือรูปร่างร่องรอยและการแพร่กระจาย (รูปร่าง) ของสนามไฟฟ้า ตัวอย่างเช่น พิจารณาสมการสนามไฟฟ้าคลื่นระนาบ (1) เราจะสังเกตตำแหน่งที่สนามไฟฟ้าคือ (X,Y,Z) = (0,0,0) เป็นฟังก์ชันของเวลา แอมพลิจูดของฟิลด์นี้ถูกลงจุดในรูปที่ 2 ในหลาย ๆ กรณีในเวลา สนามจะสั่นที่ความถี่ "F"
รูปที่ 2 สังเกตสนามไฟฟ้า (X, Y, Z) = (0,0,0) ในเวลาที่ต่างกัน
สนามไฟฟ้าจะถูกสังเกตที่จุดกำเนิด โดยจะสั่นไปมาในแอมพลิจูด สนามไฟฟ้าจะตามแนวแกน x ที่ระบุเสมอ เนื่องจากสนามไฟฟ้าถูกรักษาไว้เป็นเส้นเดียว สนามนี้จึงสามารถกล่าวได้ว่าเป็นโพลาไรซ์เชิงเส้น นอกจากนี้ หากแกน X ขนานกับพื้น สนามนี้ก็จะถูกอธิบายว่าเป็นโพลาไรซ์ในแนวนอนด้วย หากสนามแม่เหล็กมีทิศทางตามแนวแกน Y อาจกล่าวได้ว่าคลื่นมีโพลาไรซ์ในแนวตั้ง
คลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นไม่จำเป็นต้องพุ่งไปตามแกนแนวนอนหรือแนวตั้ง ตัวอย่างเช่น คลื่นสนามไฟฟ้าที่มีข้อจำกัดวางอยู่บนเส้นดังแสดงในรูปที่ 3 ก็จะมีโพลาไรซ์เชิงเส้นเช่นกัน
รูปที่ 3 แอมพลิจูดของสนามไฟฟ้าของคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นซึ่งมีวิถีโคจรเป็นมุม
สนามไฟฟ้าในรูปที่ 3 สามารถอธิบายได้ด้วยสมการ (2) ตอนนี้มีองค์ประกอบ x และ y ของสนามไฟฟ้า ส่วนประกอบทั้งสองมีขนาดเท่ากัน
สิ่งหนึ่งที่ควรทราบเกี่ยวกับสมการ (2) คือสนามองค์ประกอบ xy และสนามอิเล็กทรอนิกส์ในระยะที่สอง ซึ่งหมายความว่าส่วนประกอบทั้งสองมีแอมพลิจูดเท่ากันตลอดเวลา
โพลาไรเซชันแบบวงกลม
ตอนนี้สมมติว่าสนามไฟฟ้าของคลื่นระนาบได้รับจากสมการ (3):
ในกรณีนี้ องค์ประกอบ X และ Y จะอยู่นอกเฟส 90 องศา หากสนามไฟฟ้าถูกสังเกตเป็น (X, Y, Z) = (0,0,0) อีกครั้งเหมือนเมื่อก่อน สนามไฟฟ้าเทียบกับเส้นโค้งเวลาจะปรากฏขึ้นดังแสดงในรูปที่ 4
รูปที่ 4 ความแรงของสนามไฟฟ้า (X, Y, Z) = (0,0,0) โดเมน EQ (3).
สนามไฟฟ้าในรูปที่ 4 หมุนเป็นวงกลม สนามประเภทนี้เรียกว่าคลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลม สำหรับโพลาไรเซชันแบบวงกลม ต้องเป็นไปตามเกณฑ์ต่อไปนี้:
- มาตรฐานสำหรับโพลาไรเซชันแบบวงกลม
- สนามไฟฟ้าต้องมีองค์ประกอบตั้งฉาก (ตั้งฉาก) สองส่วน
- ส่วนประกอบตั้งฉากของสนามไฟฟ้าต้องมีแอมพลิจูดเท่ากัน
- ส่วนประกอบการสร้างพื้นที่สี่เหลี่ยมจัตุรัสจะต้องอยู่นอกเฟส 90 องศา
หากเดินทางบนหน้าจอ Wave รูปที่ 4 การหมุนของสนามจะบอกว่าเป็นโพลาไรซ์แบบวงกลมทวนเข็มนาฬิกาและทางขวา (RHCP) ถ้าสนามหมุนตามเข็มนาฬิกา สนามจะเป็นโพลาไรเซชันแบบวงกลมทางซ้าย (LHCP)
โพลาไรเซชันรูปไข่
ถ้าสนามไฟฟ้ามีองค์ประกอบตั้งฉากกัน 2 ส่วน ซึ่งอยู่นอกเฟส 90 องศา แต่มีขนาดเท่ากัน สนามนั้นก็จะมีขั้วเป็นวงรี เมื่อพิจารณาสนามไฟฟ้าของคลื่นระนาบที่เคลื่อนที่ในทิศทาง +z อธิบายโดยสมการ (4):
ตำแหน่งของจุดที่ปลายของเวกเตอร์สนามไฟฟ้าจะได้รับในรูปที่ 5
รูปที่ 5 สนามไฟฟ้าคลื่นโพลาไรซ์รูปไข่พร้อมท์ (4)
สนามในรูปที่ 5 ซึ่งเคลื่อนที่ในทิศทางทวนเข็มนาฬิกาจะเป็นวงรีทางขวาหากเคลื่อนที่ออกจากฉาก หากเวกเตอร์ของสนามไฟฟ้าหมุนไปในทิศทางตรงกันข้าม สนามไฟฟ้านั้นจะมีขั้วเป็นวงรีทางด้านซ้าย
นอกจากนี้ โพลาไรเซชันทรงรียังหมายถึงความเยื้องศูนย์กลางของมัน อัตราส่วนของความเยื้องศูนย์ต่อแอมพลิจูดของแกนหลักและแกนรอง ตัวอย่างเช่น ความเยื้องศูนย์กลางของคลื่นจากสมการ (4) คือ 1/0.3= 3.33 คลื่นโพลาไรซ์แบบวงรีจะอธิบายเพิ่มเติมตามทิศทางของแกนหลัก สมการคลื่น (4) มีแกนที่ประกอบด้วยแกน x เป็นหลัก โปรดทราบว่าแกนเอกสามารถอยู่ที่มุมระนาบใดก็ได้ ไม่จำเป็นต้องมีมุมเพื่อให้พอดีกับแกน X, Y หรือ Z ท้ายที่สุด สิ่งสำคัญคือต้องทราบว่าโพลาไรเซชันทั้งแบบวงกลมและเชิงเส้นเป็นกรณีพิเศษของโพลาไรเซชันแบบวงรี 1.0 คลื่นโพลาไรซ์แบบรีเยื้องศูนย์ คือ คลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลม คลื่นโพลาไรซ์แบบวงรีที่มีความเยื้องศูนย์กลางไม่สิ้นสุด คลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้น
โพลาไรเซชันของเสาอากาศ
ตอนนี้เราทราบถึงสนามแม่เหล็กไฟฟ้าของคลื่นระนาบโพลาไรซ์แล้ว โพลาไรเซชันของเสาอากาศก็ถูกกำหนดง่ายๆ
โพลาไรเซชันของเสาอากาศ การประเมินสนามระยะไกลของเสาอากาศ ซึ่งเป็นโพลาไรเซชันของสนามที่แผ่รังสีที่เกิดขึ้น ดังนั้น เสาอากาศจึงมักถูกระบุว่าเป็น "เสาอากาศโพลาไรซ์เชิงเส้น" หรือ "เสาอากาศโพลาไรซ์แบบวงกลมทางขวา"
แนวคิดง่ายๆ นี้มีความสำคัญสำหรับการสื่อสารด้วยเสาอากาศ ประการแรก เสาอากาศโพลาไรซ์ในแนวนอนจะไม่สื่อสารกับเสาอากาศโพลาไรซ์ในแนวตั้ง เนื่องจากทฤษฎีบทความสัมพันธ์ซึ่งกันและกัน เสาอากาศจึงส่งและรับในลักษณะเดียวกันทุกประการ ดังนั้นเสาอากาศโพลาไรซ์ในแนวตั้งจึงส่งและรับสนามโพลาไรซ์ในแนวตั้ง ดังนั้นหากคุณพยายามถ่ายทอดเสาอากาศโพลาไรซ์แนวนอนโพลาไรซ์ในแนวตั้งจะไม่มีการรับสัญญาณ
ในกรณีทั่วไป สำหรับเสาอากาศโพลาไรซ์เชิงเส้นสองตัวที่หมุนสัมพันธ์กันด้วยมุม ( ) การสูญเสียพลังงานเนื่องจากโพลาไรซ์ที่ไม่ตรงกันนี้จะอธิบายโดยปัจจัยการสูญเสียโพลาไรซ์ (PLF):
ดังนั้น หากเสาอากาศสองตัวมีโพลาไรเซชันเท่ากัน มุมระหว่างสนามอิเล็กตรอนที่แผ่กระจายออกไปจะเป็นศูนย์ และไม่มีการสูญเสียพลังงานเนื่องจากโพลาไรเซชันไม่ตรงกัน หากเสาอากาศหนึ่งมีโพลาไรซ์ในแนวตั้ง และอีกเสาอากาศหนึ่งมีโพลาไรซ์ในแนวนอน มุมจะเป็น 90 องศา และจะไม่มีการถ่ายโอนพลังงาน
หมายเหตุ: การเลื่อนโทรศัพท์ไว้เหนือศีรษะไปยังมุมต่างๆ จะอธิบายได้ว่าเหตุใดบางครั้งการรับสัญญาณจึงเพิ่มขึ้นได้ เสาอากาศโทรศัพท์มือถือมักจะมีโพลาไรซ์เชิงเส้น ดังนั้นการหมุนโทรศัพท์มักจะตรงกับโพลาไรซ์ของโทรศัพท์ จึงปรับปรุงการรับสัญญาณ
โพลาไรเซชันแบบวงกลมเป็นคุณลักษณะที่พึงประสงค์ของเสาอากาศหลายชนิด เสาอากาศทั้งสองมีโพลาไรซ์แบบวงกลม และไม่ประสบปัญหาการสูญเสียสัญญาณเนื่องจากโพลาไรซ์ไม่ตรงกัน เสาอากาศที่ใช้ในระบบ GPS นั้นมีโพลาไรซ์แบบวงกลมทางขวามือ
ตอนนี้สมมติว่าเสาอากาศโพลาไรซ์เชิงเส้นได้รับคลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลม ในทำนองเดียวกัน สมมติว่าเสาอากาศโพลาไรซ์แบบวงกลมพยายามรับคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้น อะไรคือปัจจัยการสูญเสียโพลาไรเซชันที่เกิดขึ้น?
โปรดจำไว้ว่าโพลาไรซ์แบบวงกลมจริงๆ แล้วเป็นคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นตรงตั้งฉากสองอัน ซึ่งอยู่นอกเฟส 90 องศา ดังนั้นเสาอากาศโพลาไรซ์เชิงเส้น (LP) จะได้รับเฉพาะส่วนประกอบเฟสคลื่นโพลาไรซ์แบบวงกลม (CP) เท่านั้น ดังนั้นเสาอากาศ LP จะมีการสูญเสียโพลาไรเซชันที่ไม่ตรงกันเป็น 0.5 (-3dB) สิ่งนี้เป็นจริงไม่ว่าเสาอากาศ LP จะถูกหมุนในมุมใดก็ตาม ดังนั้น:
ปัจจัยการสูญเสียโพลาไรเซชันบางครั้งเรียกว่าประสิทธิภาพโพลาไรเซชัน ปัจจัยที่ไม่ตรงกันของเสาอากาศ หรือปัจจัยการรับสัญญาณเสาอากาศ ชื่อทั้งหมดนี้อ้างอิงถึงแนวคิดเดียวกัน
เวลาโพสต์: Dec-22-2023
