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在《天線基礎(chǔ)理論》一文中，我們詳細(xì)介紹了天線的基本理論，里面提到了天線極化的這個(gè)概念。關(guān)于電磁波的極化，我們在《電磁波極化》一文中詳細(xì)進(jìn)行了描述，并且整理了一些生動形象的圖片說明。在實(shí)際應(yīng)用中，電磁波是由天線發(fā)出的，因此電磁波的極化也就是天線的極化。那么對應(yīng)電磁波的三種極化方式：線極化，圓極化和橢圓極化，那么天線也有這是三種極化類型。天線極化是設(shè)計(jì)和架設(shè)無線電天線甚至將它們整合到小型無線或移動通信系統(tǒng)中的一個(gè)重要因素。有些天線是垂直極化的，有些是水平極化的，還有一些天線類型有不同的極化形式。
在設(shè)計(jì)天線時(shí)，決定特定形式的天線時(shí)，重要的是要了解它需要極化的方式。具有特定極化的無線電天線將無法有效接收具有不同極化的電磁波信號。
也就是說，許多無線和移動電話系統(tǒng)可能依賴于這樣一個(gè)事實(shí)，即發(fā)射器和接收器之間可能存在許多反射，這往往意味著信號在到達(dá)接收器時(shí)將具有特定的極化。盡管如此，天線的極化仍然很重要。
天線極化的理論基礎(chǔ)
對于電磁波，極化實(shí)際上是電波在其中振動的平面。這在查看天線時(shí)很重要，因?yàn)樗鼈儗O化很敏感，并且通常只接收或發(fā)送具有特定極化的信號。
對于大多數(shù)天線來說，確定極化非常容易。它只是在與天線元件相同的平面上。因此，垂直天線（即具有垂直元件的天線）將最好地接收垂直極化信號，類似地，水平天線將接收水平極化信號。
將射頻天線的極化與輸入信號的極化相匹配非常重要。以這種方式獲得最大信號。如果 RF 天線極化與信號極化不匹配，則信號電平會相應(yīng)降低。它被 RF 天線的極化和信號之間的角度的余弦因子減小。
因此，位于自由空間的天線的極化非常重要，顯然它們應(yīng)該在完全相同的平面上以提供最佳信號。如果它們彼此成直角（即交叉極化），那么理論上將不會接收到信號。
對于地面無線電通信應(yīng)用，發(fā)現(xiàn)一旦信號被傳輸，則其極化將大致保持不變。然而，路徑中物體的反射會改變偏振。由于接收到的信號是直接信號加上許多反射信號的總和，因此信號的整體極化可能會略有變化，盡管它大致保持不變。
極化類別
在某些情況下，不同類型的電磁波極化傳播方式略有不同。這意味著對于某些形式的廣播、無線電通信或某些無線系統(tǒng)，可以使用不同形式的極化。
一般來說，各種極化形式的優(yōu)缺點(diǎn)比較微妙，但在某些形式的廣播、無線電通信或移動通信系統(tǒng)的無線鏈路中，這些微小的差異會產(chǎn)生很大的差異。
極化有幾個(gè)類別，并且在每種類型中都有幾個(gè)子類別。除此之外，相關(guān)天線具有相應(yīng)的極化。
線極化： 線極化是最常見的天線極化形式。它的特點(diǎn)是所有輻射都在一個(gè)平面上 - 因此術(shù)語線性：
圓極化： 這對衛(wèi)星應(yīng)用等領(lǐng)域有許多好處，它有助于克服傳播異常、地面反射和許多衛(wèi)星上發(fā)生的自旋效應(yīng)的影響。圓偏振比線偏振更難可視化。然而，它可以通過可視化從正在旋轉(zhuǎn)的射頻天線傳播的信號來想象。然后可以看到電場矢量的尖端在遠(yuǎn)離天線行進(jìn)時(shí)描繪出螺旋線或開瓶器。
混合極化： 另一種極化形式稱為橢圓極化。當(dāng)線性和圓極化混合時(shí)會發(fā)生這種情況。這可以像以前一樣通過電場矢量的尖端描繪出一個(gè)橢圓形的開瓶器來可視化。
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水平極化： 這種形式的天線極化具有水平元素。它拾取并輻射水平極化信號，即具有水平面電場的電磁波。
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垂直極化： 這種形式的天線以天線內(nèi)的垂直元件為代表。它可以是單個(gè)垂直元素。使用垂直極化的原因之一是由單個(gè)垂直元件組成的天線可以在水平面內(nèi)圍繞它均勻地輻射。通常，垂直極化天線具有所謂的低輻射角，使得它們的大部分功率能夠以接近地球表面的角度進(jìn)行輻射。垂直極化天線也非常方便用于汽車。
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傾斜極化： 這是一種無線電天線極化形式，與水平或垂直平面成一定角度。這樣，垂直和水平極化天線都能夠接收信號。
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右手圓極化： 在這種極化形式中，矢量以右手方式旋轉(zhuǎn)。
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左旋圓極化： 在這種極化形式中，矢量以左旋方式旋轉(zhuǎn)，即與右旋相反。
線極化天線可以接收圓極化信號，反之亦然。無論線極化天線是垂直安裝、水平安裝還是安裝在任何其他平面但指向到達(dá)的信號，強(qiáng)度都是相同的。
由于信號電平將比使用相同方向的圓極化天線時(shí)低 3 dB，因此會出現(xiàn)一些劣化。當(dāng)圓極化天線接收線極化信號時(shí)也存在同樣的情況。
不同類型天線極化的應(yīng)用
在不同的應(yīng)用中使用不同類型的極化以使其優(yōu)勢得以發(fā)揮。因此，不同形式的極化用于不同的應(yīng)用：
通用無線電通信： 由于無線電天線通常更簡單、更直接，因此線性極化是迄今為止大多數(shù)無線電通信應(yīng)用中使用最廣泛的。
移動電話和短距離無線通信： 近年來，移動電話和短距離無線通信的使用出現(xiàn)了驚人的增長。從蜂窩通信到 Wi-Fi 以及能夠?qū)崿F(xiàn)短距離無線通信的許多其他標(biāo)準(zhǔn)，應(yīng)有盡有。
通常線性極化用于這些設(shè)備，因?yàn)榫€性極化天線更容易在這些設(shè)備中制造，因此基站需要具有類似的極化。雖然經(jīng)常使用垂直極化，但 Wi-Fi 路由器等許多產(chǎn)品都有可調(diào)節(jié)的天線。此外，這些通信通常具有可能從各種表面反射的信號路徑，到達(dá)接收器的極化可能相對隨機(jī)，因此問題可能較小。
移動雙向無線電通信： 有許多傳統(tǒng)的移動雙向無線電通信系統(tǒng)仍在使用，從緊急服務(wù)到無線電收發(fā)器位于車輛中的大量私人移動無線電應(yīng)用，無所不包。
垂直極化通常用于這些移動雙向無線電通信。這是因?yàn)樵S多垂直極化無線電天線設(shè)計(jì)具有全向輻射模式，這意味著天線不必像移動無線電通信那樣在車輛移動時(shí)重新定位為位置。
長距離 HF 電離層通信： 使用垂直和水平極化：
中波廣播： 中波廣播電臺通常使用垂直極化，因?yàn)槭褂么怪睒O化的地波在地球上的傳播要好得多，而水平極化則顯示使用電離層的長距離通信的邊際改善。
垂直極化天線的優(yōu)點(diǎn)是它會在平行于地球的所有方向上均勻地輻射，這有利于覆蓋。此外，垂直天線只需要垂直元件 - 水平極化天線需要兩個(gè)支撐。
衛(wèi)星通信： 圓極化有時(shí)用于衛(wèi)星無線電通信，因?yàn)樵趥鞑ズ涂朔l(wèi)星改變其方向引起的衰落方面有一些優(yōu)勢。
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水平極化： 線天線廣泛用于 HF 通信。這些往往更容易使用兩個(gè)桿子豎立起來，讓電線天線懸掛在兩者之間。以這種方式，天線是水平極化的。
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對于大型多元素天線陣列，機(jī)械約束意味著它們可以比垂直平面更容易地安裝在水平平面中。這是因?yàn)樯漕l天線元件與安裝它們的立柱垂直塔成直角，因此通過使用帶有水平元件的天線，兩者之間的物理和電氣干擾較小。
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垂直極化： 由單個(gè)垂直元件組成的天線被廣泛使用。垂直極化天線提供低輻射角，使其能夠提供良好的長距離傳輸和接收。
可以看出，每種形式的無線電天線極化都有其自身的優(yōu)點(diǎn)，可以在特定情況下加以利用。選擇正確的極化形式可以提供一些優(yōu)勢，因此非常重要。
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