Polarisasi adalah 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 datar.
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 planar. Sebagai contoh, perhatikan medan listrik frekuensi tunggal (medan E) yang diberikan oleh persamaan (1). Medan elektromagnetik merambat ke arah +z. Medan listrik diarahkan ke arah +x. Medan magnet berada di arah +y.
Dalam 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 merambat ke 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 berada di (X,Y,Z) = (0,0,0) sebagai fungsi waktu. Amplitudo medan ini diplot pada Gambar 2, pada beberapa saat. 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 bolak-balik dalam amplitudo. Medan listrik selalu berada di sepanjang sumbu x yang ditunjukkan. Karena medan listrik dipertahankan sepanjang garis tunggal, medan ini dapat dikatakan terpolarisasi 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 batasan yang terletak sepanjang garis seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3 juga akan terpolarisasi secara linier.
Gambar 3. Amplitudo medan listrik dari gelombang terpolarisasi linier yang lintasannya membentuk sudut.
Medan listrik pada Gambar 3 dapat dijelaskan dengan persamaan (2). Sekarang ada komponen x dan y dari medan listrik. Kedua komponen tersebut besarnya 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 anggaplah bahwa medan listrik gelombang bidang diberikan oleh persamaan (3):
Dalam kasus ini, elemen X dan Y memiliki perbedaan fase 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 berbeda fase 90 derajat.
Jika medan tersebut bergerak pada layar Gambar Gelombang 4, rotasi medan dikatakan berlawanan arah jarum jam dan terpolarisasi melingkar kanan (RHCP). Jika medan diputar searah jarum jam, medan tersebut akan menjadi polarisasi melingkar kiri (LHCP).
Polarisasi elips
Jika medan listrik mempunyai dua komponen tegak lurus, berbeda fase 90 derajat tetapi besarnya sama, maka medan tersebut akan terpolarisasi elips. Dengan mempertimbangkan medan listrik gelombang bidang yang merambat ke arah +z, yang dijelaskan oleh Persamaan (4):
Lokasi titik di mana ujung vektor medan listrik akan terbentuk ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Medan listrik gelombang polarisasi elips cepat. (4).
Medan pada Gambar 5, yang merambat berlawanan arah jarum jam, akan berbentuk elips tangan kanan jika merambat keluar dari layar. Jika vektor medan listrik berputar ke arah yang berlawanan, medan tersebut akan terpolarisasi elips tangan kiri.
Selanjutnya, 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 selanjutnya dijelaskan 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 diharuskan sesuai dengan sumbu X, Y, atau Z. Akhirnya, penting untuk dicatat bahwa polarisasi melingkar dan linier adalah kasus khusus dari polarisasi elips. Gelombang terpolarisasi elips eksentrik 1,0 adalah gelombang terpolarisasi melingkar. Gelombang terpolarisasi elips dengan eksentrisitas tak terbatas. Gelombang terpolarisasi linier.
Polarisasi antena
Sekarang setelah kita memahami medan elektromagnetik gelombang bidang terpolarisasi, polarisasi antena dapat didefinisikan dengan mudah.
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 melingkar kanan".
Konsep sederhana ini penting untuk komunikasi antena. Pertama, antena terpolarisasi horizontal tidak akan berkomunikasi dengan antena terpolarisasi vertikal. Karena teorema resiprositas, antena mengirimkan dan menerima dengan cara yang persis sama. Oleh karena itu, antena terpolarisasi vertikal mengirimkan dan menerima medan terpolarisasi vertikal. Jadi, jika Anda mencoba mengirimkan sinyal dari antena terpolarisasi vertikal ke antena terpolarisasi horizontal, tidak akan ada penerimaan.
Secara umum, untuk dua antena terpolarisasi linier yang diputar relatif satu sama lain dengan sudut ( ), kehilangan daya akibat 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 dipancarkan adalah nol dan tidak ada kehilangan daya akibat ketidaksesuaian polarisasi. Jika satu antena terpolarisasi vertikal dan yang lainnya terpolarisasi horizontal, sudutnya adalah 90 derajat, dan tidak ada daya yang akan ditransfer.
CATATAN: Menggerakkan ponsel di atas kepala Anda ke berbagai sudut menjelaskan mengapa penerimaan sinyal terkadang dapat meningkat. Antena ponsel biasanya terpolarisasi linier, jadi memutar ponsel seringkali dapat menyamakan polarisasi ponsel, sehingga meningkatkan penerimaan sinyal.
Polarisasi melingkar merupakan karakteristik yang diinginkan dari banyak antena. Kedua antena tersebut terpolarisasi melingkar dan tidak mengalami kehilangan sinyal akibat ketidaksesuaian polarisasi. Antena yang digunakan dalam sistem GPS terpolarisasi melingkar kanan.
Sekarang, anggaplah sebuah antena terpolarisasi linier menerima gelombang terpolarisasi melingkar. Dengan kata lain, anggaplah sebuah antena terpolarisasi melingkar mencoba menerima gelombang terpolarisasi linier. Berapakah faktor kehilangan polarisasi yang dihasilkan?
Ingat bahwa polarisasi melingkar sebenarnya adalah dua gelombang terpolarisasi linier ortogonal, dengan perbedaan fase 90 derajat. Oleh karena itu, antena terpolarisasi linier (LP) hanya akan menerima komponen fase gelombang terpolarisasi melingkar (CP). Dengan demikian, antena LP akan memiliki kerugian ketidaksesuaian polarisasi sebesar 0,5 (-3dB). Hal ini berlaku terlepas dari sudut rotasi antena LP. 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 Desember 2023
