Polarisasi merupakan salah satu karakteristik dasar antena. Pertama, kita perlu memahami polarisasi gelombang bidang. Selanjutnya, kita dapat membahas jenis-jenis utama polarisasi antena.
polarisasi linier
Kita akan mulai memahami polarisasi gelombang elektromagnetik bidang.
Gelombang elektromagnetik (EM) planar memiliki beberapa karakteristik. Pertama, daya merambat dalam satu arah (tidak ada perubahan medan dalam dua arah ortogonal). Kedua, medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus dan ortogonal. Medan listrik dan medan magnet tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang bidang. Sebagai contoh, perhatikan medan listrik frekuensi tunggal (medan E) yang diberikan oleh persamaan (1). Medan elektromagnetik merambat dalam arah +z. Medan listrik diarahkan dalam arah +x. Medan magnet berada dalam arah +y.
Pada persamaan (1), perhatikan notasi: . Ini adalah vektor satuan (vektor dengan panjang), yang menyatakan bahwa titik medan listrik berada pada arah x. Gelombang bidang diilustrasikan pada Gambar 1.
Gambar 1. Representasi grafis medan listrik yang bergerak dalam arah +z.
Polarisasi adalah jejak dan bentuk perambatan (kontur) medan listrik. Sebagai contoh, perhatikan persamaan medan listrik gelombang bidang (1). Kita akan mengamati posisi medan listrik (X,Y,Z) = (0,0,0) sebagai fungsi waktu. Amplitudo medan ini diplot pada Gambar 2, pada beberapa titik waktu. Medan tersebut berosilasi pada frekuensi "F".
Gambar 2. Amati medan listrik (X, Y, Z) = (0,0,0) pada waktu yang berbeda.
Medan listrik diamati di titik asal, berosilasi maju mundur dalam amplitudo. Medan listrik selalu berada di sepanjang sumbu x yang ditunjukkan. Karena medan listrik dipertahankan sepanjang satu garis, medan ini dapat dikatakan terpolarisasi linier. Selain itu, jika sumbu X sejajar dengan tanah, medan ini juga digambarkan terpolarisasi horizontal. Jika medan berorientasi sepanjang sumbu Y, gelombang dapat dikatakan terpolarisasi vertikal.
Gelombang terpolarisasi linier tidak perlu diarahkan sepanjang sumbu horizontal atau vertikal. Misalnya, gelombang medan listrik dengan kendala yang terletak di sepanjang garis seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 juga akan terpolarisasi linier.
gambar 3. Amplitudo medan listrik gelombang terpolarisasi linier yang lintasannya merupakan sudut.
Medan listrik pada Gambar 3 dapat dijelaskan oleh persamaan (2). Sekarang, terdapat komponen x dan y dari medan listrik. Kedua komponen tersebut sama besarnya.
Satu hal yang perlu diperhatikan tentang persamaan (2) adalah komponen xy dan medan elektronik pada tahap kedua. Ini berarti kedua komponen memiliki amplitudo yang sama setiap saat.
polarisasi melingkar
Sekarang asumsikan bahwa medan listrik gelombang bidang diberikan oleh persamaan (3):
Dalam kasus ini, elemen X dan Y berbeda fase sebesar 90 derajat. Jika medan diamati sebagai (X, Y, Z) = (0,0,0) lagi seperti sebelumnya, kurva medan listrik terhadap waktu akan tampak seperti yang ditunjukkan pada Gambar 4 di bawah ini.
Gambar 4. Kuat medan listrik (X, Y, Z) = (0,0,0) domain EQ. (3).
Medan listrik pada Gambar 4 berputar dalam lingkaran. Jenis medan ini digambarkan sebagai gelombang terpolarisasi melingkar. Untuk polarisasi melingkar, kriteria berikut harus dipenuhi:
- Standar untuk polarisasi melingkar
- Medan listrik harus memiliki dua komponen ortogonal (tegak lurus).
- Komponen ortogonal medan listrik harus memiliki amplitudo yang sama.
- Komponen kuadratur harus memiliki fase yang berbeda 90 derajat.
Jika bergerak pada layar Gelombang Gambar 4, rotasi medan dikatakan berlawanan arah jarum jam dan terpolarisasi sirkuler kanan (RHCP). Jika medan diputar searah jarum jam, medan akan berpolarisasi sirkuler kiri (LHCP).
Polarisasi elips
Jika medan listrik memiliki dua komponen tegak lurus, berseberangan fase 90 derajat tetapi besarnya sama, medan tersebut akan terpolarisasi elips. Dengan mempertimbangkan medan listrik gelombang bidang yang merambat dalam arah +z, yang dijelaskan oleh Persamaan (4):
Lokasi titik di mana ujung vektor medan listrik akan diasumsikan diberikan pada Gambar 5
Gambar 5. Gelombang polarisasi elips cepat dengan medan listrik. (4).
Medan pada Gambar 5, yang bergerak berlawanan arah jarum jam, akan berbentuk elips kanan jika bergerak keluar layar. Jika vektor medan listrik berputar ke arah yang berlawanan, medan akan terpolarisasi elips kiri.
Lebih lanjut, polarisasi elips mengacu pada eksentrisitasnya. Rasio eksentrisitas terhadap amplitudo sumbu mayor dan minor. Misalnya, eksentrisitas gelombang dari persamaan (4) adalah 1/0,3 = 3,33. Gelombang terpolarisasi elips dijelaskan lebih lanjut oleh arah sumbu mayor. Persamaan gelombang (4) memiliki sumbu yang utamanya terdiri dari sumbu x. Perhatikan bahwa sumbu mayor dapat berada pada sudut bidang apa pun. Sudut tersebut tidak diperlukan untuk menyesuaikan sumbu X, Y, atau Z. Terakhir, penting untuk dicatat bahwa polarisasi sirkular dan linier merupakan kasus khusus dari polarisasi elips. Gelombang terpolarisasi elips eksentrik adalah gelombang terpolarisasi sirkular. Gelombang terpolarisasi elips dengan eksentrisitas tak terhingga. Gelombang terpolarisasi linier.
Polarisasi antena
Sekarang setelah kita mengetahui medan elektromagnetik gelombang bidang terpolarisasi, polarisasi antena didefinisikan secara sederhana.
Polarisasi Antena Evaluasi medan jauh antena, yaitu polarisasi medan radiasi yang dihasilkan. Oleh karena itu, antena sering disebut sebagai antena "terpolarisasi linier" atau "antena terpolarisasi sirkuler tangan kanan".
Konsep sederhana ini penting untuk komunikasi antena. Pertama, antena terpolarisasi horizontal tidak akan berkomunikasi dengan antena terpolarisasi vertikal. Karena teorema resiprositas, antena memancarkan dan menerima dengan cara yang persis sama. Oleh karena itu, antena terpolarisasi vertikal memancarkan dan menerima medan terpolarisasi vertikal. Oleh karena itu, jika Anda mencoba mengirimkan antena terpolarisasi vertikal dan horizontal, tidak akan ada penerimaan.
Dalam kasus umum, untuk dua antena terpolarisasi linier yang diputar relatif satu sama lain dengan sudut ( ), kehilangan daya karena ketidaksesuaian polarisasi ini akan dijelaskan oleh faktor kehilangan polarisasi (PLF):
Oleh karena itu, jika dua antena memiliki polarisasi yang sama, sudut antara medan elektron yang memancar adalah nol dan tidak ada rugi daya akibat ketidaksesuaian polarisasi. Jika satu antena terpolarisasi vertikal dan antena lainnya terpolarisasi horizontal, sudutnya adalah 90 derajat, dan tidak akan ada daya yang ditransfer.
CATATAN: Memindahkan ponsel ke atas kepala dengan berbagai sudut menjelaskan mengapa penerimaan sinyal terkadang dapat ditingkatkan. Antena ponsel biasanya terpolarisasi linier, sehingga memutar ponsel sering kali dapat menyesuaikan polarisasinya, sehingga meningkatkan penerimaan sinyal.
Polarisasi melingkar merupakan karakteristik yang diinginkan pada banyak antena. Kedua antena terpolarisasi melingkar dan tidak mengalami kehilangan sinyal akibat ketidaksesuaian polarisasi. Antena yang digunakan dalam sistem GPS terpolarisasi melingkar kanan.
Sekarang, asumsikan antena terpolarisasi linier menerima gelombang terpolarisasi melingkar. Dengan kata lain, asumsikan antena terpolarisasi melingkar mencoba menerima gelombang terpolarisasi linier. Berapa faktor rugi polarisasi yang dihasilkan?
Ingat bahwa polarisasi sirkular sebenarnya terdiri dari dua gelombang terpolarisasi linier ortogonal, dengan perbedaan fase 90 derajat. Oleh karena itu, antena terpolarisasi linier (LP) hanya akan menerima komponen fase gelombang terpolarisasi sirkular (CP). Oleh karena itu, antena LP akan mengalami kehilangan ketidaksesuaian polarisasi sebesar 0,5 (-3 dB). Hal ini berlaku berapa pun sudut rotasi antena LP. Oleh karena itu:
Faktor rugi polarisasi terkadang disebut sebagai efisiensi polarisasi, faktor ketidakcocokan antena, atau faktor penerimaan antena. Semua istilah ini merujuk pada konsep yang sama.
Waktu posting: 22-Des-2023
