편파는 안테나의 기본 특성 중 하나입니다. 먼저 평면파의 편파에 대해 이해해야 합니다. 그런 다음 주요 안테나 편파 유형에 대해 논의할 수 있습니다.
선형 편광
평면 전자기파의 편광 현상을 이해하기 시작할 것입니다.
평면 전자기파(EM)는 몇 가지 특징을 가지고 있습니다. 첫째, 전력은 한 방향으로만 이동합니다(직교하는 두 방향으로 장의 변화가 없음). 둘째, 전기장과 자기장은 서로 수직이며, 서로 직교합니다. 전기장과 자기장은 평면파의 전파 방향에 수직입니다. 예를 들어, 식 (1)로 주어진 단일 주파수 전기장(E장)을 생각해 보겠습니다. 전자기장은 +z 방향으로 진행합니다. 전기장은 +x 방향으로, 자기장은 +y 방향으로 향합니다.
방정식 (1)에서 표기법을 살펴보십시오. 이것은 단위 벡터(길이가 인 벡터)이며, 전기장 지점이 x 방향에 있음을 나타냅니다. 평면파는 그림 1에 나타나 있습니다.
그림 1. +z 방향으로 진행하는 전기장의 그래프 표현.
편광은 전기장의 흔적과 전파 형태(윤곽)입니다. 예를 들어, 평면파 전기장 방정식(1)을 생각해 보겠습니다. 시간에 따른 전기장의 위치 (X,Y,Z) = (0,0,0)을 관찰할 것입니다. 이 장의 진폭은 그림 2에 여러 시점에서 나타나 있습니다. 이 장은 주파수 "F"로 진동합니다.
그림 2. 서로 다른 시간에 전기장 (X, Y, Z) = (0,0,0)을 관찰하십시오.
원점에서 관측되는 전기장은 진폭이 앞뒤로 진동합니다. 전기장은 항상 표시된 x축 방향을 따라 있습니다. 전기장이 단일 직선을 따라 유지되므로 선형 편광이라고 할 수 있습니다. 또한, x축이 지면과 평행하면 수평 편광이라고도 합니다. 전기장이 y축을 따라 정렬되면 수직 편광이라고 합니다.
선형 편광파는 수평축이나 수직축을 따라 진행될 필요가 없습니다. 예를 들어, 그림 3에 나타낸 것처럼 직선상에 놓인 전기장 파동도 선형 편광파가 됩니다.
그림 3. 궤적이 각도인 선형 편광파의 전기장 진폭.
그림 3의 전기장은 방정식 (2)로 설명할 수 있습니다. 이제 전기장에는 x 성분과 y 성분이 있습니다. 두 성분의 크기는 같습니다.
방정식 (2)에 대해 주목해야 할 한 가지는 두 번째 단계의 xy 성분과 전자장입니다. 즉, 두 성분은 항상 동일한 진폭을 갖습니다.
원형 편광
이제 평면파의 전기장이 방정식 (3)으로 주어진다고 가정해 보겠습니다.
이 경우 X축과 Y축 요소는 90도 위상차가 있습니다. 이전과 마찬가지로 (X, Y, Z) = (0,0,0)으로 관측하면 전기장 대 시간 곡선은 아래 그림 4와 같이 나타납니다.
그림 4. 전기장 세기(X, Y, Z) = (0,0,0) EQ 영역. (3).
그림 4의 전기장은 원형으로 회전합니다. 이러한 형태의 전기장을 원형 편광파라고 합니다. 원형 편광이 성립하려면 다음 조건을 만족해야 합니다.
- 원형 편광 표준
- 전기장은 반드시 서로 직교하는 두 성분을 가져야 합니다.
- 전기장의 직교 성분들은 동일한 진폭을 가져야 합니다.
- 직교 성분은 90도 위상차가 나야 합니다.
파동 그림 4의 화면을 따라 이동할 때, 전자기장의 회전 방향은 반시계 방향이며 오른손 원형 편광(RHCP)을 띤다고 합니다. 전자기장이 시계 방향으로 회전하면 왼손 원형 편광(LHCP)을 띠게 됩니다.
타원형 편광
전기장이 서로 수직이고 90도 위상차가 있지만 크기가 같은 두 성분을 갖는 경우, 전기장은 타원형으로 편광됩니다. +z 방향으로 진행하는 평면파의 전기장을 식 (4)로 나타내면 다음과 같습니다.
전기장 벡터의 끝점이 위치할 지점의 궤적은 그림 5에 나타나 있습니다.
그림 5. 즉발 타원형 편광파 전기장. (4).
그림 5에서 반시계 방향으로 진행하는 전기장은 화면 밖으로 나갈 경우 오른손잡이 타원 편광을 나타냅니다. 전기장 벡터가 반대 방향으로 회전하면 전기장은 왼손잡이 타원 편광을 나타냅니다.
또한, 타원형 편광은 이심률을 의미합니다. 이심률은 장축과 단축의 크기에 대한 비율입니다. 예를 들어, 식 (4)에서 파동의 이심률은 1/0.3 = 3.33입니다. 타원형 편광파는 장축의 방향으로 더 자세히 설명됩니다. 파동 식 (4)는 주로 x축으로 구성된 축을 가지고 있습니다. 장축은 임의의 평면 각도를 가질 수 있으며, X, Y 또는 Z축에 맞출 필요가 없습니다. 마지막으로, 원형 편광과 선형 편광은 모두 타원형 편광의 특수한 경우라는 점에 유의해야 합니다. 이심률이 1.0인 타원형 편광파는 원형 편광파입니다. 이심률이 무한대인 타원형 편광파는 선형 편광파입니다.
안테나 편파
이제 우리는 편광된 평면파 전자기장을 알게 되었으므로, 안테나의 편광은 간단하게 정의할 수 있습니다.
안테나 편파는 안테나의 원거리장 평가에서 나타나는 방사장의 편파 방향을 의미합니다. 따라서 안테나는 흔히 "선형 편파 안테나" 또는 "우측 원형 편파 안테나"로 표기됩니다.
이 간단한 개념은 안테나 통신에 있어 중요합니다. 첫째, 수평 편파 안테나는 수직 편파 안테나와 통신할 수 없습니다. 상호성 정리에 따라 안테나는 송신과 수신 방식이 완전히 동일하기 때문입니다. 따라서 수직 편파 안테나는 수직 편파 전자기장을 송신하고 수신합니다. 그러므로 수직 편파 안테나를 수평 편파 안테나로 사용하려고 하면 수신이 불가능합니다.
일반적으로, 서로에 대해 각도( )만큼 회전된 두 개의 선형 편파 안테나의 경우, 이러한 편파 불일치로 인한 전력 손실은 편파 손실 계수(PLF)로 나타낼 수 있습니다.
따라서 두 안테나의 편파가 동일하면 두 안테나에서 방출되는 전자장의 각도가 0도가 되어 편파 불일치로 인한 전력 손실이 발생하지 않습니다. 만약 한 안테나가 수직 편파이고 다른 안테나가 수평 편파라면 각도는 90도가 되어 전력이 전달되지 않습니다.
참고: 휴대폰을 머리 위에서 여러 각도로 움직이면 수신 상태가 개선되는 경우가 있습니다. 휴대폰 안테나는 일반적으로 선형 편파 방식을 사용하기 때문에, 휴대폰을 회전시키면 휴대폰의 편파 방향과 일치하여 수신 상태가 향상될 수 있습니다.
원형 편파는 많은 안테나에서 바람직한 특성입니다. 두 안테나 모두 원형 편파 방식을 사용하므로 편파 불일치로 인한 신호 손실이 발생하지 않습니다. GPS 시스템에 사용되는 안테나는 우측 원형 편파 방식입니다.
선형 편파 안테나가 원형 편파를 수신한다고 가정해 보겠습니다. 또는 원형 편파 안테나가 선형 편파를 수신하려고 한다고 가정해 보겠습니다. 이때 발생하는 편파 손실률은 얼마입니까?
원형 편파는 실제로 90도 위상차가 있는 두 개의 직교하는 선형 편파 파동이라는 점을 기억하십시오. 따라서 선형 편파(LP) 안테나는 원형 편파(CP) 파동의 위상 성분만 수신합니다. 그러므로 LP 안테나는 0.5(-3dB)의 편파 불일치 손실을 갖습니다. 이는 LP 안테나를 어떤 각도로 회전시키더라도 마찬가지입니다. 따라서:
편파 손실 계수는 때때로 편파 효율, 안테나 불일치 계수 또는 안테나 수신 계수라고도 합니다. 이 모든 명칭은 동일한 개념을 나타냅니다.
게시 시간: 2023년 12월 22일
