Polarisasi adalah salah satu karakteristik dasar antena. Pertama-tama kita perlu memahami polarisasi gelombang bidang. Kita kemudian dapat mendiskusikan jenis utama polarisasi antena.
polarisasi linier
Kita akan mulai memahami polarisasi gelombang elektromagnetik bidang.
Gelombang elektromagnetik planar (EM) memiliki beberapa karakteristik. Yang pertama adalah daya merambat 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 magnet tegak lurus terhadap arah rambat 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 ke arah +x. Medan magnetnya searah +y.
Pada persamaan (1), perhatikan notasi: . Ini adalah vektor satuan (vektor panjang), yang menyatakan bahwa titik medan listrik searah x. Gelombang bidang diilustrasikan pada Gambar 1.
gambar 1. Representasi grafis medan listrik yang merambat pada arah +z.
Polarisasi adalah jejak dan bentuk perambatan (kontur) suatu 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 bidang ini diplot pada Gambar 2, pada beberapa 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 bolak-balik dalam amplitudo. Medan listrik selalu berada pada sumbu x yang ditunjukkan. Karena medan listrik dipertahankan sepanjang satu garis, maka medan ini dapat dikatakan terpolarisasi linier. Selain itu, jika sumbu X sejajar dengan tanah, medan ini juga disebut terpolarisasi horizontal. Jika medan diorientasikan sepanjang sumbu Y, maka gelombang dapat dikatakan terpolarisasi vertikal.
Gelombang terpolarisasi linier tidak perlu diarahkan sepanjang sumbu horizontal atau vertikal. Misalnya, gelombang medan listrik dengan batasan 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 berbentuk sudut.
Medan listrik pada Gambar 3 dapat dijelaskan dengan persamaan (2). Sekarang ada komponen x dan y dari medan listrik. Kedua komponen tersebut mempunyai ukuran yang sama.
Hal yang perlu diperhatikan pada persamaan (2) adalah komponen xy dan medan elektronik pada tahap kedua. Artinya kedua komponen mempunyai amplitudo yang sama sepanjang waktu.
polarisasi melingkar
Sekarang asumsikan bahwa medan listrik gelombang bidang diberikan oleh persamaan (3):
Dalam hal ini, elemen X dan Y berbeda fase 90 derajat. Jika medan diamati (X, Y, Z) = (0,0,0) lagi seperti sebelumnya, maka akan muncul kurva medan listrik versus waktu seperti 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 membentuk lingkaran. Jenis medan ini digambarkan sebagai gelombang terpolarisasi sirkular. Untuk polarisasi sirkular, kriteria berikut harus dipenuhi:
- Standar untuk polarisasi sirkular
- Medan listrik harus mempunyai dua komponen ortogonal (tegak lurus).
- Komponen ortogonal medan listrik harus mempunyai amplitudo yang sama.
- Komponen kuadratur harus keluar fase 90 derajat.
Jika berjalan pada layar Gelombang Gambar 4, rotasi medan dikatakan berlawanan arah jarum jam dan terpolarisasi sirkular kanan (RHCP). Jika medan diputar searah jarum jam, maka medan tersebut akan menjadi polarisasi sirkular kidal (LHCP).
Polarisasi elips
Jika medan listrik mempunyai dua komponen yang tegak lurus, berbeda fasa 90 derajat tetapi besarnya sama, maka medan tersebut akan terpolarisasi elips. Mengingat medan listrik gelombang bidang yang merambat pada arah +z, dijelaskan oleh Persamaan (4):
Tempat kedudukan titik di mana ujung vektor medan listrik diasumsikan diberikan pada Gambar 5
Gambar 5. Medan listrik gelombang polarisasi elips cepat. (4).
Bidang pada Gambar 5, yang bergerak berlawanan arah jarum jam, akan berbentuk elips di sisi kanan jika bergerak keluar dari layar. Jika vektor medan listrik berputar ke arah yang berlawanan, maka medan tersebut akan terpolarisasi elips ke 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 dengan arah sumbu utama. Persamaan gelombang (4) mempunyai sumbu yang utamanya terdiri dari sumbu x. Perhatikan bahwa sumbu mayor dapat berada pada sudut bidang mana pun. Sudutnya tidak harus pas dengan sumbu X, Y, atau Z. Terakhir, penting untuk dicatat bahwa polarisasi sirkular dan linier adalah kasus khusus dari polarisasi elips. Gelombang terpolarisasi elips eksentrik 1,0 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 dapat didefinisikan secara sederhana.
Polarisasi Antena Suatu evaluasi medan jauh antena, polarisasi medan radiasi yang dihasilkan. Oleh karena itu, antena sering kali terdaftar sebagai "antena terpolarisasi linier" atau "antena terpolarisasi sirkular tangan kanan".
Konsep sederhana ini penting untuk komunikasi antena. Pertama, antena terpolarisasi horizontal tidak akan berkomunikasi dengan antena terpolarisasi vertikal. Karena teorema timbal balik, antena mengirim dan menerima dengan cara yang persis sama. Oleh karena itu, antena terpolarisasi vertikal mengirimkan dan menerima medan terpolarisasi vertikal. Oleh karena itu, jika Anda mencoba menyampaikan antena terpolarisasi horizontal yang terpolarisasi vertikal, tidak akan ada penerimaan.
Dalam kasus umum, untuk dua antena terpolarisasi linier yang diputar relatif satu sama lain dengan sudut ( ), kehilangan daya akibat ketidakcocokan polarisasi ini akan dijelaskan oleh faktor kehilangan polarisasi (PLF):
Oleh karena itu, jika dua antena mempunyai 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 antena lainnya terpolarisasi horizontal, sudutnya 90 derajat, dan tidak ada daya yang ditransfer.
CATATAN: Memindahkan telepon ke atas kepala Anda ke sudut yang berbeda menjelaskan mengapa penerimaan terkadang dapat ditingkatkan. Antena telepon seluler biasanya terpolarisasi linier, sehingga memutar telepon sering kali dapat menyesuaikan dengan polarisasi telepon, sehingga meningkatkan penerimaan.
Polarisasi melingkar merupakan karakteristik yang diinginkan dari banyak antena. Kedua antena terpolarisasi sirkular dan tidak mengalami kehilangan sinyal karena ketidakcocokan polarisasi. Antena yang digunakan dalam sistem GPS terpolarisasi sirkular kanan.
Sekarang asumsikan bahwa antena terpolarisasi linier menerima gelombang terpolarisasi sirkular. Demikian pula, asumsikan bahwa antena terpolarisasi sirkular berupaya menerima gelombang terpolarisasi linier. Berapakah faktor kerugian polarisasi yang diakibatkannya?
Ingatlah bahwa polarisasi melingkar sebenarnya adalah dua gelombang terpolarisasi linier ortogonal, berbeda 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 ketidakcocokan polarisasi sebesar 0,5 (-3dB). Hal ini berlaku tidak peduli berapa sudut antena LP diputar. Karena itu:
Faktor kehilangan polarisasi kadang-kadang disebut sebagai efisiensi polarisasi, faktor ketidakcocokan antena, atau faktor penerimaan antena. Semua nama ini mengacu pada konsep yang sama.
Waktu posting: 22 Des-2023
