Radarové antény

Polarizace elektromagnetických vln

Polarizace je vlastnost příčných vln, která se týká geometrické orientace kmitů příslušné vlny. V elektromagnetickém poli vyzařovaném anténou jsou siločáry elektrického pole kolmé na magnetické pole. Obě složky pole závisí na poloze antény vůči zemskému povrchu. Směr složky elektrického pole elektromagnetické vlny se používá k určení směru polarizace záření. Rozlišuje se lineární a kruhová polarizace.

Obrázek 2: Vertikálně lineárně polarizované elektrické pole (modrá) a horizontálně lineárně polarizované pole (červená)

Obrázek 2: Vertikálně lineárně polarizované elektrické pole

Obrázek 3: Horizontálně lineárně polarizované elektrické pole

Lineární polarizace

Při lineární polarizaci leží siločáry pole stále v jedné rovině. Z lineární polarizace lze odvodit dvě další hlavní formy polarizace:

• Vertikální polarizace s elektrickým polem kolmým na zemský povrch.
• Horizontální polarizace s elektrickým polem rovnoběžným se zemským povrchem.
  
  (Příklad: Vyhledávací antény naváděcího radaru S-75 „Volchow“ kód NATO: „SA-2“)

Přijímací anténa musí být polarizována stejným způsobem, tj. musí být mechanicky nastavena stejně jako vysílací anténa.

Obrázek 3: Vyhledávací antény naváděcího radaru pro rakety S-125 „Newa“

Obrázek 4: Vyhledávací antény naváděcího radaru pro rakety S-125 „Newa“

Lineární polarizace může samozřejmě nabývat i všech ostatních směrů v prostoru. Kromě vertikální a horizontální jsou speciálně označeny pouze polohy 45°:

• šikmé +45° a
• šikmé -45°
  
  (Příklad: antény naváděcího radaru S-125 „Newa“ kód NATO: „SA-3M“)

Kruhová polarizace

Při kruhové polarizaci se vektor intenzity pole otáčí ve směru nebo proti směru hodinových ručiček kolmo ke směru šíření Z (pravotočivá kruhová polarizace a levotočivá kruhová polarizace). Kruhovou polarizaci vytvářejí dvě lineárně polarizované antény napájené o 90° mimo fázi a současně mechanicky otočené o 90°. Pokud se amplitudy dvou takových lineárních složek nerovnají, vzniká eliptická polarizace.

Obrázek 5: Vznik kruhové polarizace

Obrázek 5: Vznik kruhové polarizace
zde je animace (50 kByte) o tom.

Pro prezentace ve třídě doporučuji řešení z demonstrations.wolfram.com

Pro optimální příjem je nutné použít antény se stejnou polarizací. Při použití nesprávně polarizované antény dochází ke značným ztrátám, v praxi mezi 20 a 30 dB. Díky této skutečnosti je možné záměrnou změnou polarizace potlačit jak atmosférické rušení, tak určité elektronické rušení. V praxi se například radar řízení letového provozu rád přepíná na kruhovou polarizaci, když se objeví silné meteorologické poruchy.

Depolarizace

Polarizační stav elektromagnetické vlny se může měnit v důsledku odrazu od objektů a nepravidelností v atmosféře, zejména v ionosféře. V radaru se depolarizací rozumí zkroucení směru polarizace. V optice se depolarizací rozumí snížení stupně polarizace částečně polarizované vlny během rozptylu. Protože se může stát, že se například částečně polarizovaná vlna po odrazu nebo rozptylu zcela polarizuje, nabývá zde depolarizace záporných hodnot.

Za podmínek ideální koherence se jednotlivé různě polarizované části vlny opět překrývají a vytvářejí koherentní vlnu s novým směrem polarizace. V tomto případě se depolarizace měří jako otočení polarizačního úhlu. Tyto efekty způsobují útlumové jevy nazývané polarizační blednutí. Pokud elektromagnetické vlny procházejí silným dešťovým polem, může se orientace roviny polarizace zcela změnit.

Stejně jako se různě polarizované vlny překrývají, mohou se při příjmu opět rozdělit na dvě křížově polarizované (tj. navzájem kolmé) části. Původní směr polarizace pak lze určit pomocí vektorového výpočtu. V praxi mohou meteorologické radary s duální polarizací nejen používat dvě křížově polarizované roviny polarizace současně, ale také přijímat křížově polarizované echo signály při vysílání s jednoduchou polarizací. Pro rozlišení různých přijímacích kanálů se často používají následující zkratky:

• HH - pro horizontálně polarizovaný přenos a horizontálně polarizovaný příjem,
• VV - pro vertikálně polarizovaný přenos a vertikálně polarizovaný příjem,
• HV - pro horizontálně polarizovaný přenos a vertikálně polarizovaný příjem a
• VH - pro vertikálně polarizovaný přenos a horizontálně polarizovaný příjem.