Polarisasi merupakan salah satu karakteristik dasar antena. Pertama-tama kita perlu memahami polarisasi gelombang bidang. Kemudian 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. Yang pertama adalah bahwa daya bergerak dalam satu arah (tidak ada perubahan medan dalam dua arah ortogonal). Kedua, medan listrik dan medan magnet saling tegak lurus dan ortogonal satu sama lain. 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 bergerak 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 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 di mana medan listrik adalah (X,Y,Z) = (0,0,0) sebagai fungsi waktu. Amplitudo medan ini diplot pada Gambar 2, pada beberapa contoh 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 secara linier. Selain itu, jika sumbu-X sejajar dengan tanah, medan ini juga digambarkan sebagai 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 dengan persamaan (2). Sekarang ada komponen x dan y dari medan listrik. Kedua komponen tersebut berukuran sama.
Satu hal yang perlu diperhatikan tentang persamaan (2) adalah komponen xy dan medan elektronik pada tahap kedua. Ini berarti bahwa 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 memiliki perbedaan fase sebesar 90 derajat. Jika medan listrik diamati sebagai (X, Y, Z) = (0,0,0) lagi seperti sebelumnya, kurva medan listrik versus waktu akan muncul seperti yang ditunjukkan di bawah ini pada Gambar 4.
Gambar 4. Kuat medan listrik (X, Y, Z) = (0,0,0) domain EQ. (3).
Medan listrik pada Gambar 4 berputar dalam sebuah 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 Wave Figure 4, rotasi medan dikatakan berlawanan arah jarum jam dan terpolarisasi melingkar ke kanan (RHCP). Jika medan diputar searah jarum jam, medan akan terpolarisasi melingkar ke kiri (LHCP).
Polarisasi elips
Jika medan listrik memiliki dua komponen tegak lurus, 90 derajat berbeda fase tetapi besarnya sama, medan akan terpolarisasi elips. Dengan mempertimbangkan medan listrik gelombang bidang yang bergerak dalam arah +z, dijelaskan oleh Persamaan (4):
Lokasi titik di mana ujung vektor medan listrik akan diasumsikan diberikan pada Gambar 5
Gambar 5. Medan listrik gelombang polarisasi elips cepat. (4).
Medan pada Gambar 5, yang bergerak berlawanan arah jarum jam, akan berbentuk elips tangan kanan jika bergerak keluar layar. Jika vektor medan listrik berputar ke arah berlawanan, medan akan terpolarisasi elips tangan kiri.
Lebih jauh, 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 terutama 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 melingkar dan linier merupakan kasus khusus polarisasi elips. 1.0 gelombang terpolarisasi elips eksentrik adalah gelombang terpolarisasi melingkar. Gelombang terpolarisasi elips dengan eksentrisitas tak terbatas. 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, polarisasi medan radiasi yang dihasilkan. Oleh karena itu, antena sering dicantumkan sebagai "antena terpolarisasi linier" atau "antena terpolarisasi melingkar kanan".
Konsep sederhana ini penting untuk komunikasi antena. Pertama, antena yang terpolarisasi horizontal tidak akan berkomunikasi dengan antena yang terpolarisasi vertikal. Karena teorema resiprositas, antena memancarkan dan menerima dengan cara yang persis sama. Oleh karena itu, antena yang terpolarisasi vertikal memancarkan dan menerima medan yang terpolarisasi vertikal. Oleh karena itu, jika Anda mencoba menyampaikan antena yang terpolarisasi vertikal dan terpolarisasi 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 kehilangan daya karena ketidaksesuaian polarisasi. Jika satu antena terpolarisasi vertikal dan yang lainnya terpolarisasi horizontal, sudutnya adalah 90 derajat, dan tidak ada daya yang akan ditransfer.
CATATAN: Memindahkan telepon di atas kepala Anda ke berbagai sudut menjelaskan mengapa penerimaan sinyal terkadang dapat ditingkatkan. Antena telepon seluler biasanya terpolarisasi secara linier, jadi memutar telepon sering kali dapat menyesuaikan polarisasi telepon, sehingga meningkatkan penerimaan sinyal.
Polarisasi melingkar merupakan karakteristik yang diinginkan dari banyak antena. Kedua antena terpolarisasi melingkar dan tidak mengalami kehilangan sinyal karena ketidaksesuaian polarisasi. Antena yang digunakan dalam sistem GPS terpolarisasi melingkar ke kanan.
Sekarang asumsikan bahwa antena terpolarisasi linier menerima gelombang terpolarisasi melingkar. Dengan kata lain, asumsikan bahwa antena terpolarisasi melingkar mencoba menerima gelombang terpolarisasi linier. Berapa faktor kerugian polarisasi yang dihasilkan?
Ingat bahwa polarisasi melingkar sebenarnya adalah dua gelombang terpolarisasi linier ortogonal, 90 derajat berbeda fase. Oleh karena itu, antena terpolarisasi linier (LP) hanya akan menerima komponen fase gelombang terpolarisasi melingkar (CP). Oleh karena itu, antena LP akan memiliki kehilangan ketidaksesuaian polarisasi sebesar 0,5 (-3dB). Hal ini berlaku tidak peduli berapa pun sudut antena LP diputar. Oleh karena itu:
Faktor kehilangan polarisasi terkadang disebut sebagai efisiensi polarisasi, faktor ketidaksesuaian antena, atau faktor penerimaan antena. Semua nama ini merujuk pada konsep yang sama.
Waktu posting: 22-Des-2023
