편파는 안테나의 기본 특성 중 하나입니다. 먼저 평면파의 편파를 이해해야 합니다. 그런 다음 안테나 편파의 주요 유형에 대해 알아보겠습니다.
선형 편광
우리는 평면 전자기파의 편파를 이해하기 시작할 것입니다.
평면 전자기파(EM)는 여러 가지 특징을 가지고 있습니다. 첫째, 전력이 한 방향으로만 전달된다는 것입니다(직교하는 두 방향에서는 전기장의 변화가 없습니다). 둘째, 전기장과 자기장은 서로 수직이고, 서로 직교합니다. 전기장과 자기장은 평면파의 진행 방향에 수직입니다. 예를 들어, 방정식 (1)로 주어진 단일 주파수 전기장(E장)을 생각해 보겠습니다. 전자기장은 +z 방향으로 진행하며, 전기장은 +x 방향으로, 자기장은 +y 방향으로 흐릅니다.
방정식 (1)에서 표기법을 살펴보세요. 이는 단위 벡터(길이를 갖는 벡터)로, 전기장 점이 x 방향임을 나타냅니다. 평면파는 그림 1에 나와 있습니다.
그림 1. +z 방향으로 이동하는 전기장의 그래픽 표현.
편광은 전기장의 궤적과 전파 모양(윤곽)입니다. 예를 들어, 평면파 전기장 방정식 (1)을 고려해 보겠습니다. 전기장이 (X, Y, Z) = (0, 0, 0)인 위치를 시간의 함수로 관찰해 보겠습니다. 이 전기장의 진폭은 그림 2에 시간의 여러 시점에서 도시되어 있습니다. 전기장은 주파수 "F"에서 진동합니다.
그림 2. 다른 시간에 전기장 (X, Y, Z) = (0,0,0)을 관찰합니다.
전기장은 원점에서 진폭이 앞뒤로 진동하는 것을 관찰합니다. 전기장은 항상 표시된 x축을 따라 흐릅니다. 전기장이 단일 선을 따라 유지되므로 이 전기장은 선형 편광되었다고 할 수 있습니다. 또한, X축이 지면과 평행하면 이 전기장은 수평 편광이라고도 합니다. 전기장이 Y축을 따라 향하면 파동은 수직 편광되었다고 할 수 있습니다.
선형 편광파는 수평 또는 수직 축을 따라 향할 필요가 없습니다. 예를 들어, 그림 3과 같이 직선을 따라 제약 조건이 있는 전기장파도 선형 편광됩니다.
그림 3. 궤적이 각도인 선형 편파의 전기장 진폭.
그림 3의 전기장은 방정식 (2)로 나타낼 수 있습니다. 이제 전기장의 x축과 y축 성분이 있습니다. 두 성분의 크기는 모두 같습니다.
방정식 (2)에서 주목해야 할 점은 두 번째 단계의 xy 성분과 전자장입니다. 이는 두 성분이 항상 같은 진폭을 갖는다는 것을 의미합니다.
원형 편광
이제 평면파의 전기장이 방정식(3)에 의해 주어진다고 가정합니다.
이 경우, X와 Y 요소의 위상은 90도 차이가 납니다. 만약 전계가 (X, Y, Z) = (0,0,0)으로 관측된다면, 전기장 대 시간 곡선은 아래 그림 4와 같이 나타납니다.
그림 4. 전기장 세기 (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ 도메인. (3).
그림 4의 전기장은 원을 그리며 회전합니다. 이러한 유형의 전기장은 원편광파로 설명됩니다. 원편광의 경우, 다음 기준을 충족해야 합니다.
- 원형편파의 표준
- 전기장은 두 개의 직교(수직) 성분을 가져야 합니다.
- 전기장의 직교 성분은 진폭이 동일해야 합니다.
- 구적 성분은 위상이 90도 차이가 나야 합니다.
파동 그림 4 화면을 따라 이동하는 경우, 자기장 회전은 반시계 방향이며 우선원편광(RHCP)이라고 합니다. 자기장이 시계 방향으로 회전하는 경우, 자기장은 좌선원편광(LHCP)이 됩니다.
타원편광
전기장에 위상이 90도 어긋나지만 크기가 같은 두 개의 수직 성분이 있다면, 그 전기장은 타원 편광됩니다. 방정식 (4)로 표현되는 +z 방향으로 진행하는 평면파의 전기장을 고려하면,
전기장 벡터의 끝이 가정되는 점의 위치는 그림 5에 나와 있습니다.
그림 5. 즉석타원편파 전기장. (4).
그림 5의 전기장은 반시계 방향으로 진행하며, 스크린 밖으로 나갈 경우 우선타원편광이 됩니다. 전기장 벡터가 반대 방향으로 회전하면, 전기장은 좌선타원편광이 됩니다.
또한, 타원 편광은 편심률(eccentricity)을 의미합니다. 편심률과 장축 및 단축의 진폭의 비입니다. 예를 들어, 방정식 (4)의 파동 편심률은 1/0.3=3.33입니다. 타원 편광파는 장축의 방향으로 더 자세히 설명됩니다. 파동 방정식 (4)는 주로 x축으로 구성된 축을 갖습니다. 장축은 어떤 평면 각도에도 있을 수 있습니다. 이 각도가 X, Y 또는 Z축에 꼭 맞아야 하는 것은 아닙니다. 마지막으로, 원형 편광과 선형 편광은 모두 타원 편광의 특수한 경우라는 점에 유의해야 합니다. 1.0 편심 타원 편광파는 원형 편광파입니다. 무한한 편심률을 갖는 타원 편광파. 선형 편광파.
안테나 편파
이제 우리는 편파 평면파 전자기장을 알고 있으므로 안테나의 편파는 간단히 정의됩니다.
안테나 편파 안테나 원거리장 평가, 즉 결과적으로 발생하는 방사장의 편파. 따라서 안테나는 종종 "선형 편파" 또는 "우선형 원형 편파 안테나"로 표시됩니다.
이 간단한 개념은 안테나 통신에 중요합니다. 첫째, 수평 편파 안테나는 수직 편파 안테나와 통신할 수 없습니다. 상호성 정리에 따라 안테나는 송신과 수신을 정확히 같은 방식으로 합니다. 따라서 수직 편파 안테나는 수직 편파 전자기장을 송수신합니다. 따라서 수직 편파 안테나를 수평 편파 안테나로 전달하려고 하면 수신이 되지 않습니다.
일반적으로, 서로에 대해 각도( )만큼 회전된 두 개의 선형 편파 안테나의 경우, 이 편파 불일치로 인한 전력 손실은 편파 손실 계수(PLF)로 설명됩니다.
따라서 두 안테나의 편파가 같으면 방사 전자기장 사이의 각도는 0이 되어 편파 불일치로 인한 전력 손실이 발생하지 않습니다. 한 안테나가 수직 편파이고 다른 안테나가 수평 편파이면 각도는 90도가 되어 전력이 전달되지 않습니다.
참고: 휴대전화를 머리 위로 여러 각도로 옮기면 수신율이 향상될 수 있습니다. 휴대전화 안테나는 일반적으로 선형 편파이므로, 휴대전화를 회전시키면 휴대전화의 편파 방향과 일치하여 수신율이 향상될 수 있습니다.
원형 편파는 많은 안테나의 바람직한 특성입니다. 두 안테나 모두 원형 편파이며 편파 불일치로 인한 신호 손실이 없습니다. GPS 시스템에 사용되는 안테나는 우선 원형 편파입니다.
이제 선형 편파 안테나가 원형 편파를 수신한다고 가정해 보겠습니다. 마찬가지로, 원형 편파 안테나가 선형 편파를 수신하려고 한다고 가정해 보겠습니다. 그 결과 편파 손실 계수는 얼마입니까?
원형 편파는 실제로 위상이 90도 차이 나는 두 개의 직교하는 선형 편파입니다. 따라서 선형 편파(LP) 안테나는 원형 편파(CP) 위상 성분만 수신합니다. 따라서 LP 안테나는 0.5(-3dB)의 편파 부정합 손실을 갖게 됩니다. 이는 LP 안테나를 어떤 각도로 회전하더라도 마찬가지입니다. 따라서:
편파 손실 계수는 편파 효율, 안테나 부정합 계수, 또는 안테나 수신 계수라고도 합니다. 이 모든 명칭은 동일한 개념을 나타냅니다.
게시 시간: 2023년 12월 22일
