www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи на радиолокацията

Поляризация на електромагнитните вълни

Изображение 1: Антени на радара за насочване на ракети С-75 «Волхов»

Антени на радара за насочване на ракети С 75 «Волхов»

Изображение 1: Антени на радара за насочване на ракети С-75 «Волхов»

Поляризация на електромагнитните вълни

Поляризация е свойство на напречните вълни, което се отнася до геометричната ориентация на трептенията на съответната вълна. В електромагнитното поле, излъчвано от антена, силовите линии на електрическото поле са перпендикулярни на магнитното поле. И двата компонента на полето зависят от положението на антената спрямо земната повърхност. Посоката на компонентата на електрическото поле на електромагнитната вълна се използва за определяне на посоката на поляризация на излъчването. Прави се разграничение между линейна и кръгова поляризация.

Bild 2: vertikal linear polarisiertes Feld (blau) und horizontal linear polarisiertes Feld (rot)

Вертикално линейно поляризирано поле (щракнете върху бутона за лупа, за да го увеличите: 800·200px = 544 kByte !)

Изображение 2: Вертикално линейно поляризирано поле

Хоризонтално линейно поляризирано поле (кликнете върху бутона за лупа, за да го увеличите: 800·200px = 544 kByte !)

Изображение 3: хоризонтално линейно поляризирано поле

Линейна поляризация

При линейната поляризация линиите на полето лежат постоянно във времето в една равнина. От линейната поляризация могат да се получат две други основни форми на поляризация:

Приемащата антена трябва да е поляризирана по същия начин, т.е. да е механично подравнена по същия начин като предавателната антена.

Изображение 4: Антени за търсене на радара за насочване на ракети С-125 «Нева»

Антени за търсене на радара за насочване на ракети С-125
(click to expand: 425·278px = 25 kByte

Изображение 4: Антени за търсене на радара за насочване на ракети С-125 «Нева»

Разбира се, линейната поляризация може да приеме и всички останали посоки в пространството. Освен вертикалната и хоризонталната, специално обозначени са само позициите 45°:

Кръгова поляризация

При кръговата поляризация векторът на напрегнатостта на полето се върти по посока на часовниковата стрелка или обратно на нея, перпендикулярно на посоката на разпространение Z (кръгова поляризация по посока на часовниковата стрелка/по посока на часовниковата стрелка). Кръговата поляризация се създава от две линейно поляризирани антени, които се захранват на 90° от фазата и едновременно се завъртат механично на 90°. Ако амплитудите на две такива линейни компоненти не са равни, се получава елиптична поляризация.

Изображение 5: Формиране на кръгова поляризация

Кръгова поляризация: два дипола, разположени вертикално един над друг, се захранват с фазова разлика 90°. Полученото поле е кръгово поляризирано.

Изображение 5: Формиране на кръгова поляризация
ето една анимация (50 kByte) за това

За презентации в клас препоръчвам решението от demonstrations.wolfram.com

За оптимално приемане трябва да се използват антени с еднаква поляризация. Ако се използва неправилно поляризирана антена, възникват значителни загуби, на практика между 20 и 30 dB. Поради този факт е възможно да се потиснат както атмосферните смущения, така и някои електронни смущения чрез умишлена промяна на поляризацията. На практика например радарите за контрол на въздушното движение обичат да превключват на кръгова поляризация при силно смущение от времето.

Деполяризация

Състоянието на поляризация на електромагнитната вълна може да се промени поради отразяването на обекти и неравности в атмосферата, особено в йоносферата. В радарите под деполяризация се разбира изкривяване на посоката на поляризация. В оптиката под деполяризация се разбира намаляване на степента на поляризация на частично поляризирана вълна по време на разсейване. Тъй като може да се случи например частично поляризираната вълна да се поляризира напълно след отразяване или разсейване, деполяризацията тук ще придобие отрицателни стойности.

В условията на идеална кохерентност отделните различно поляризирани части на вълната се наслагват отново, за да образуват кохерентна вълна с нова посока на поляризация. В този случай деполяризацията се измерва като завъртане на поляризационния ъгъл. Тези ефекти водят до явления на затихване, наречени поляризационно избледняване. Ако електромагнитните вълни трябва да преминат през силни дъждовни полета, ориентацията на плоскостта на поляризация може да се промени напълно.

Точно както различно поляризираните вълни се припокриват, те могат да се разделят на две кръстосано поляризирани (т.е. под прав ъгъл една спрямо друга) части, когато се приемат. Първоначалната посока на поляризация може да се определи с помощта на векторното смятане. На практика метеорологичните радари с двойна поляризация могат не само да използват едновременно две кръстосани поляризационни равнини, но и да получават кръстосани ехо-сигнали, когато предават с единична поляризация. Следните съкращения често се използват за разграничаване на различните канали за приемане: