一文讀懂天線極化

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在前面的文章中，我們分別學(xué)習(xí)了天線的工作原理和增益。今天，我們將深入探討天線極化這個(gè)關(guān)鍵概念，它就像天線的 “個(gè)性簽名”，對無線通信有著至關(guān)重要的影響！

No.1 什么是天線的極化

在無線通信的世界里，天線就像是信號的 “快遞員”，而天線極化則是它傳遞信號的 “獨(dú)特方式”。簡單來說，電磁波的極化方向就是天線極化方向，主要分為線極化、圓極化和橢圓極化三種類型 ，如下圖所示。這就好比快遞員傳遞包裹，有的習(xí)慣豎著拿（垂直極化），有的橫著拿（水平極化），還有的轉(zhuǎn)著圈拿（圓極化）。

天線極化在天線設(shè)計(jì)、架設(shè)以及無線通信系統(tǒng)整合中，是一個(gè)不容忽視的關(guān)鍵因素。不同的天線有著不同的極化特性，而這直接影響著它與信號之間的 “默契程度”。

從理論上講，極化就是電磁波振動(dòng)的平面，而天線對這個(gè)平面極為 “敏感”，通常只 “青睞” 特定極化的信號。就像人們更擅長處理自己熟悉領(lǐng)域的工作一樣，天線也只擅長接收或發(fā)送符合其極化方式的信號。

大多數(shù)天線的極化方式很好判斷，它與天線元件所在平面一致。比如，垂直天線就像一位 “站得筆直” 的快遞員，擅長接收垂直極化信號；水平天線則像 “橫躺著” 的快遞員，對水平極化信號更 “來電” 。

天線極化與信號極化的匹配至關(guān)重要，它們之間的關(guān)系就像鑰匙和鎖，只有匹配得當(dāng)，才能發(fā)揮最大效能。如果兩者不匹配，信號強(qiáng)度就會(huì)大打折扣，就像用錯(cuò)鑰匙，打不開門，信號強(qiáng)度會(huì)按照它們夾角的余弦值減弱。在理想的自由空間中，天線和信號的極化方向最好完全一致；一旦相互垂直，理論上就接收不到信號了。

在地面無線電通信中，信號發(fā)出后，極化方向一般相對穩(wěn)定，但沿途物體的反射會(huì) “搗亂”，改變信號的極化狀態(tài)。最終接收端收到的信號，是直接信號和眾多反射信號的 “大雜燴”，雖然整體極化方向大致不變，但還是會(huì)有些微妙的變化。

No.2 天線極化的類型

極化的世界豐富多彩，不同類型的極化方式，就像信號傳遞的 “多樣姿勢”，各有特點(diǎn)和適用場景。

線極化：最 “樸實(shí)” 的信號傳遞者

線極化是最常見的極化形式，它的特點(diǎn)是所有輻射都在一個(gè)平面內(nèi)，就像一條筆直的道路，信號沿著固定方向傳播。

水平極化

這種極化的天線有著水平的 “骨架”，專門 “捕捉” 和輻射水平極化信號，就像水平放置的傳送帶，傳送著特定方向的信號包裹。

垂直極化

以垂直元件為代表，它就像一根豎立的旗桿，能在水平面內(nèi)均勻輻射信號，而且輻射角度低，大部分能量能貼近地面?zhèn)鞑ィ貏e適合安裝在汽車上，就像為汽車量身定制的信號 “接收器”。

傾斜極化

• 與水平或垂直平面有一定夾角，就像斜著放置的傳送帶，能讓垂直和水平極化天線都 “接到活”，增加了信號接收的可能性。

圓極化：衛(wèi)星通信的 “得力助手”

圓極化在衛(wèi)星通信等領(lǐng)域有著獨(dú)特優(yōu)勢，能有效應(yīng)對傳播異常、地面反射和衛(wèi)星自旋帶來的問題。想象一下，信號從旋轉(zhuǎn)的天線中傳出，電場矢量的尖端像螺旋線一樣舞動(dòng)，畫面感十足！

右手圓極化

矢量按右手方向旋轉(zhuǎn)，就像擰緊瓶蓋時(shí)右手旋轉(zhuǎn)的方向。

左旋圓極化

與右手圓極化相反，矢量按左手方向旋轉(zhuǎn)。

混合極化（橢圓極化）：線極化與圓極化的 “混搭風(fēng)”

當(dāng)線極化和圓極化 “混搭”，就形成了橢圓極化。電場矢量的尖端畫出一個(gè)橢圓形，就像在跳一支獨(dú)特的舞蹈。有趣的是，線極化天線和圓極化天線可以相互 “客串” 接收對方的信號，不過信號強(qiáng)度會(huì)下降 3dB，就像換了一種不那么順手的方式傳遞包裹，效率會(huì)有所降低。

No.3 不同類型天線極化的應(yīng)用

不同的極化方式在各自的領(lǐng)域中發(fā)揮著獨(dú)特作用，就像不同的快遞員擅長不同的送貨路線。

通用無線電通信

線性極化憑借簡單直接的特點(diǎn)，成為大多數(shù)無線電通信的 “主力軍”，就像常見的快遞員，用常規(guī)方式高效地傳遞信號。

移動(dòng)電話和短距離無線通信

近年來，移動(dòng)電話和短距離無線通信飛速發(fā)展。線性極化因其天線容易制造，成為這些設(shè)備的常用選擇。比如手機(jī)和 Wi-Fi 路由器，雖然常采用垂直極化，但部分路由器天線可調(diào)節(jié)。而且，由于信號在傳播過程中會(huì)發(fā)生多次反射，到達(dá)接收端時(shí)極化方向變得隨機(jī)，所以極化匹配問題相對不那么突出。

移動(dòng)雙向無線電通信

傳統(tǒng)的移動(dòng)雙向無線電通信，如緊急服務(wù)和車載無線電，大多采用垂直極化。因?yàn)榇怪睒O化天線具有全向輻射模式，就像 360 度無死角的快遞員，車輛移動(dòng)時(shí)無需調(diào)整天線方向，就能穩(wěn)定接收信號。

長距離 HF 電離層通信

水平極化和垂直極化各展所長。水平極化的線天線便于用桿子架設(shè)，大型多元素天線陣列在水平平面安裝也更方便；垂直極化的單垂直元件天線，憑借低輻射角的優(yōu)勢，實(shí)現(xiàn)良好的長距離傳輸和接收。

中波廣播

中波廣播電臺偏愛垂直極化，因?yàn)榇怪睒O化的地波在地球表面?zhèn)鞑バЧ茫掖怪睒O化天線結(jié)構(gòu)簡單，只需一個(gè)垂直元件，相比水平極化天線更具優(yōu)勢。

衛(wèi)星通信

• 圓極化在衛(wèi)星通信中 “大顯身手”，能有效克服傳播難題和衛(wèi)星姿態(tài)變化引起的衰落，保障信號穩(wěn)定傳輸。天線極化雖然看不見摸不著，但它就像無線通信領(lǐng)域的 “幕后英雄”，在不同的應(yīng)用場景中發(fā)揮著關(guān)鍵作用。了解天線極化的奧秘，有助于我們設(shè)計(jì)出更高效的天線，構(gòu)建更穩(wěn)定的無線通信系統(tǒng)！如果你對天線極化還有其他疑問，歡迎在評論區(qū)留言交流～在公眾號對話框輸入：天線資料，即可獲得射頻學(xué)堂整理的天線相關(guān)資料。