www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Radar Grondbeginselen

Polarisatie van elektromagnetische golven

Figuur 1: Antennes van de Russische S-75 „Volkhov” raketgeleidingsradar

Antennes van de Russische S-75 „Volkhov” raketgeleidingsradar

Figuur 1: Antennes van de Russische S-75 „Volkhov” raketgeleidingsradar

Polarisatie van elektromagnetische golven

Polarisatie is een eigenschap van transversale golven die verwijst naar de geometrische oriëntatie van de oscillaties van de corresponderende golf. In het elektromagnetische veld dat door een antenne wordt uitgezonden, staan de krachtlijnen van het elektrische veld loodrecht op het magnetische veld. Beide veldcomponenten zijn afhankelijk van de positie van de antenne ten opzichte van het aardoppervlak. De richting van de elektrische veldcomponent van een elektromagnetische golf wordt gebruikt om de polarisatierichting van de straling te bepalen. Er wordt een onderscheid gemaakt tussen lineaire en circulaire polarisatie.

Figuur 2: Verticaal lineair gepolariseerd elektrisch veld (blauw) en horizontaal lineair gepolariseerd veld (rood)

In een verticaal gepolariseerd elektromagnetisch veld staan de elektrische veldlijnen loodrecht op het aardoppervlak.

Figuur 2: Verticaal lineair gepolariseerd elektrisch veld

In een horizontaal gepolariseerd elektromagnetisch veld zijn de elektrische veldlijnen evenwijdig aan het aardoppervlak.

Figuur 3: Horizontaal lineair gepolariseerd elektrisch veld

Lineaire polarisatie

Bij lineaire polarisatie liggen de veldlijnen constant in één vlak. Twee andere hoofdvormen van polarisatie kunnen worden afgeleid van lineaire polarisatie:

De ontvangstantenne moet op dezelfde wijze gepolariseerd zijn, d.w.z. mechanisch op dezelfde wijze gericht zijn, als de zendantenne.

Figuur 3: Zoekantennes van de S-125 „Newa“ raketgeleidingsradar

Bild der Antennen des Raketenleitradars des Komplexes S-125

Figuur 4: Zoekantennes van de S-125 „Newa“ raketgeleidingsradar

Natuurlijk kan de lineaire polarisatie ook alle andere richtingen in de ruimte aannemen. Naast verticaal en horizontaal zijn alleen de posities 45° speciaal aangewezen:

Circulaire polarisatie

Bij circulaire polarisatie draait de veldsterktelector met de wijzers van de klok mee of tegen de wijzers van de klok in, loodrecht op de voortplantingsrichting Z (circulaire polarisatie met de wijzers van de klok mee/tegen de wijzers van de klok in). Circulaire polarisatie wordt verkregen door twee lineair gepolariseerde antennes die 90° uit fase worden gevoed en gelijktijdig mechanisch 90° worden gedraaid. Indien de amplitudes van twee van dergelijke lineaire componenten niet gelijk zijn, resulteert dit in een elliptische polarisatie.

Figuur 4: Vorming van circulaire polarisatie

Circulaire polarisatie: twee dipolen die verticaal op elkaar staan, worden gevoed met een faseverschil van 90°. Het resulterende veld is circulair gepolariseerd.

Figuur 5: Vorming van circulaire polarisatie
hier is een animatie (50 kByte) over

Voor presentaties in de klas raad ik de oplossing aan van demonstrations.wolfram.com

Voor een optimale ontvangst moeten antennes met dezelfde polarisatie worden gebruikt. Indien een verkeerd gepolariseerde antenne wordt gebruikt, treden aanzienlijke verliezen op, in de praktijk tussen 20 en 30 dB. Hierdoor is het mogelijk zowel atmosferische interferentie als bepaalde elektronische interferenties te onderdrukken door de polarisatie opzettelijk te wijzigen. In de praktijk schakelt de radar van de luchtverkeersleiding bijvoorbeeld graag over op circulaire polarisatie wanneer zich sterke clutter in het weer voordoet.

Depolarisatie

De polarisatietoestand van de elektromagnetische golf kan veranderen als gevolg van het reflectiegedrag van voorwerpen en onregelmatigheden in de atmosfeer, met name de ionosfeer. In radar wordt onder depolarisatie een verdraaiing van de polarisatierichting verstaan. In de optica wordt onder depolarisatie verstaan een vermindering van de polarisatiegraad van een gedeeltelijk gepolariseerde golf tijdens de verstrooiing. Aangezien het bijvoorbeeld ook kan gebeuren dat de gedeeltelijk gepolariseerde golf na weerkaatsing of verstrooiing volledig gepolariseerd is, zou de depolarisatie hier negatieve waarden aannemen.

Onder ideale coherentieomstandigheden worden de afzonderlijke verschillend gepolariseerde delen van een golf weer samengevoegd tot een coherente golf met een nieuwe polarisatierichting. In dit geval wordt de depolarisatie gemeten als een draaiing van de polarisatiehoek. Deze effecten veroorzaken verzwakkingsverschijnselen die polarisatievervaging worden genoemd. Indien de elektromagnetische golven door sterke regenvelden moeten passeren, kan de oriëntatie van het polarisatievlak volledig veranderen.

Net zoals verschillend gepolariseerde golven elkaar overlappen, kunnen zij bij ontvangst ook weer in twee kruislings gepolariseerde (d.w.z. loodrecht op elkaar staande) delen worden gesplitst. De oorspronkelijke polarisatierichting kan dan worden bepaald met behulp van vectorrekening. In de praktijk kunnen weerradars met dubbele polarisatie niet alleen twee kruislings gepolariseerde polarisatievlakken tegelijk gebruiken, maar ook kruislings gepolariseerde echosignalen ontvangen wanneer zij met enkele polarisatie zenden. De volgende afkortingen worden vaak gebruikt om onderscheid te maken tussen verschillende ontvangstkanalen: