La polarisation est l'une des caractéristiques fondamentales des antennes. Nous devons d’abord comprendre la polarisation des ondes planes. On pourra alors aborder les principaux types de polarisation d’antenne.
polarisation linéaire
Nous commencerons à comprendre la polarisation d’une onde électromagnétique plane.
Une onde électromagnétique planaire (EM) présente plusieurs caractéristiques. La première est que la puissance se propage dans une direction (aucun champ ne change dans deux directions orthogonales). Deuxièmement, le champ électrique et le champ magnétique sont perpendiculaires l’un à l’autre et orthogonaux l’un par rapport à l’autre. Les champs électriques et magnétiques sont perpendiculaires à la direction de propagation des ondes planes. À titre d'exemple, considérons un champ électrique à fréquence unique (champ E) donné par l'équation (1). Le champ électromagnétique se déplace dans la direction +z. Le champ électrique est dirigé dans la direction +x. Le champ magnétique est dans la direction +y.
Dans l'équation (1), observez la notation : . Il s’agit d’un vecteur unitaire (un vecteur de longueur), qui indique que le point du champ électrique est dans la direction x. L'onde plane est illustrée sur la figure 1.
figure 1. Représentation graphique du champ électrique se déplaçant dans la direction +z.
La polarisation est la trace et la forme de propagation (contour) d'un champ électrique. À titre d'exemple, considérons l'équation du champ électrique à onde plane (1). Nous observerons la position où le champ électrique est (X,Y,Z) = (0,0,0) en fonction du temps. L'amplitude de ce champ est tracée sur la figure 2, à plusieurs instants. Le champ oscille à la fréquence "F".
figure 2. Observez le champ électrique (X, Y, Z) = (0,0,0) à différents instants.
Le champ électrique est observé à l'origine, oscillant d'avant en arrière en amplitude. Le champ électrique est toujours le long de l’axe x indiqué. Puisque le champ électrique est maintenu le long d’une seule ligne, on peut dire que ce champ est polarisé linéairement. De plus, si l’axe X est parallèle au sol, ce champ est également décrit comme polarisé horizontalement. Si le champ est orienté le long de l’axe Y, on peut dire que l’onde est polarisée verticalement.
Les ondes polarisées linéairement n'ont pas besoin d'être dirigées le long d'un axe horizontal ou vertical. Par exemple, une onde de champ électrique avec une contrainte située le long d’une ligne comme le montre la figure 3 serait également polarisée linéairement.
image 3. L'amplitude du champ électrique d'une onde polarisée linéairement dont la trajectoire est un angle.
Le champ électrique de la figure 3 peut être décrit par l'équation (2). Il existe maintenant une composante x et y du champ électrique. Les deux composants sont de taille égale.
Une chose à noter à propos de l’équation (2) concerne la composante xy et les champs électroniques de la deuxième étape. Cela signifie que les deux composantes ont à tout moment la même amplitude.
polarisation circulaire
Supposons maintenant que le champ électrique d'une onde plane soit donné par l'équation (3) :
Dans ce cas, les éléments X et Y sont déphasés de 90 degrés. Si le champ est observé comme (X, Y, Z) = (0,0,0) à nouveau comme auparavant, la courbe du champ électrique en fonction du temps apparaîtra comme indiqué ci-dessous sur la figure 4.
Figure 4. Intensité du champ électrique (X, Y, Z) = (0,0,0) domaine EQ. (3).
Le champ électrique de la figure 4 tourne en cercle. Ce type de champ est décrit comme une onde polarisée circulairement. Pour la polarisation circulaire, les critères suivants doivent être remplis :
- Norme pour la polarisation circulaire
- Le champ électrique doit avoir deux composantes orthogonales (perpendiculaires).
- Les composantes orthogonales du champ électrique doivent avoir des amplitudes égales.
- Les composants en quadrature doivent être déphasés de 90 degrés.
Si vous voyagez sur l'écran Wave Figure 4, la rotation du champ est dite être dans le sens inverse des aiguilles d'une montre et polarisée circulairement vers la droite (RHCP). Si le champ tourne dans le sens des aiguilles d’une montre, le champ sera en polarisation circulaire gauche (LHCP).
Polarisation elliptique
Si le champ électrique a deux composantes perpendiculaires, déphasées de 90 degrés mais d’égale amplitude, le champ sera polarisé elliptiquement. Considérant le champ électrique d'une onde plane se déplaçant dans la direction +z, décrit par l'équation (4) :
Le lieu du point auquel la pointe du vecteur champ électrique prendra effet est indiqué dans la figure 5.
Figure 5. Champ électrique d’onde de polarisation elliptique rapide. (4).
Le champ de la figure 5, se déplaçant dans le sens inverse des aiguilles d'une montre, serait elliptique vers la droite s'il sortait de l'écran. Si le vecteur champ électrique tourne dans la direction opposée, le champ sera polarisé elliptiquement vers la gauche.
De plus, la polarisation elliptique fait référence à son excentricité. Le rapport de l'excentricité à l'amplitude des axes majeurs et mineurs. Par exemple, l'excentricité des vagues de l'équation (4) est 1/0,3 = 3,33. Les ondes polarisées elliptiquement sont en outre décrites par la direction du grand axe. L'équation d'onde (4) a un axe constitué principalement de l'axe des x. Notez que le grand axe peut être à n’importe quel angle plan. L'angle n'est pas nécessaire pour s'adapter à l'axe X, Y ou Z. Enfin, il est important de noter que les polarisations circulaire et linéaire sont des cas particuliers de polarisation elliptique. L'onde à polarisation elliptique excentrique 1.0 est une onde à polarisation circulaire. Ondes polarisées elliptiquement avec une excentricité infinie. Ondes polarisées linéairement.
Polarisation de l'antenne
Maintenant que nous connaissons les champs électromagnétiques d’ondes planes polarisées, la polarisation d’une antenne est simplement définie.
Polarisation de l'antenne Une évaluation du champ lointain de l'antenne, la polarisation du champ rayonné résultant. Par conséquent, les antennes sont souvent répertoriées comme « antennes à polarisation linéaire » ou « antennes à polarisation circulaire droite ».
Ce concept simple est important pour les communications par antenne. Premièrement, une antenne polarisée horizontalement ne communiquera pas avec une antenne polarisée verticalement. En raison du théorème de réciprocité, l’antenne émet et reçoit exactement de la même manière. Par conséquent, les antennes polarisées verticalement transmettent et reçoivent des champs polarisés verticalement. Par conséquent, si vous essayez de transmettre une antenne polarisée verticalement et horizontalement, il n’y aura pas de réception.
Dans le cas général, pour deux antennes polarisées linéairement tournées l'une par rapport à l'autre d'un angle ( ), la perte de puissance due à cette désadaptation de polarisation sera décrite par le facteur de perte de polarisation (PLF) :
Par conséquent, si deux antennes ont la même polarisation, l’angle entre leurs champs électroniques rayonnants est nul et il n’y a pas de perte de puissance due à une désadaptation de polarisation. Si une antenne est polarisée verticalement et l’autre horizontalement, l’angle est de 90 degrés et aucune puissance ne sera transférée.
REMARQUE : Déplacer le téléphone au-dessus de votre tête sous différents angles explique pourquoi la réception peut parfois être augmentée. Les antennes des téléphones portables sont généralement polarisées de manière linéaire, donc la rotation du téléphone peut souvent correspondre à la polarisation du téléphone, améliorant ainsi la réception.
La polarisation circulaire est une caractéristique souhaitable pour de nombreuses antennes. Les deux antennes sont polarisées circulairement et ne souffrent pas de perte de signal due à une inadéquation de polarisation. Les antennes utilisées dans les systèmes GPS sont à polarisation circulaire droite.
Supposons maintenant qu’une antenne à polarisation linéaire reçoive des ondes à polarisation circulaire. De manière équivalente, supposons qu'une antenne à polarisation circulaire tente de recevoir des ondes à polarisation linéaire. Quel est le facteur de perte de polarisation qui en résulte ?
Rappelez-vous que la polarisation circulaire est en fait constituée de deux ondes orthogonales polarisées linéairement, déphasées de 90 degrés. Par conséquent, une antenne à polarisation linéaire (LP) ne recevra que la composante de phase d’onde à polarisation circulaire (CP). Par conséquent, l’antenne LP aura une perte de désadaptation de polarisation de 0,5 (-3 dB). Cela est vrai quel que soit l'angle de rotation de l'antenne LP. donc:
Le facteur de perte de polarisation est parfois appelé efficacité de polarisation, facteur de désadaptation d'antenne ou facteur de réception d'antenne. Tous ces noms font référence au même concept.
Heure de publication : 22 décembre 2023
