www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Anteny radarowe

Polaryzacja fal elektromagnetycznych

Rysunek 1: Anteny rosyjskiego radaru naprowadzania rakiet S-75 „Wołchow”.

Anteny rosyjskiego radaru naprowadzania rakiet S-75 „Wołchow”.

Rysunek 1: Anteny rosyjskiego radaru naprowadzania rakiet S-75 „Wołchow”.

Polaryzacja fal elektromagnetycznych

Polaryzacja jest właściwością fal poprzecznych, która odnosi się do geometrycznej orientacji oscylacji odpowiedniej fali. W polu elektromagnetycznym promieniowanym przez antenę linie sił pola elektrycznego są prostopadłe do pola magnetycznego. Obie składowe pola zależą od położenia anteny względem powierzchni Ziemi. Kierunek składowej pola elektrycznego fali elektromagnetycznej jest wykorzystywany do określenia kierunku polaryzacji promieniowania. Rozróżnia się polaryzację liniową i kołową.

Rysunek 2: Liniowo spolaryzowane pionowo pole elektryczne (niebieski) i liniowo spolaryzowane poziomo pole elektryczne (czerwony)

W polu elektromagnetycznym spolaryzowanym pionowo linie pola elektrycznego są prostopadłe do powierzchni Ziemi.

Rysunek 2: Pionowo liniowo spolaryzowane pole elektryczne

W przypadku poziomo spolaryzowanego pola elektromagnetycznego linie pola elektrycznego są równoległe do powierzchni Ziemi.

Rysunek 3: Liniowo spolaryzowane pole elektryczne w płaszczyźnie poziomej

Polaryzacja liniowa

W przypadku polaryzacji liniowej linie pola leżą stale w jednej płaszczyźnie. Z polaryzacji liniowej można wyprowadzić dwie inne główne formy polaryzacji:

Antena odbiorcza musi być spolaryzowana w ten sam sposób, tzn. mechanicznie ustawiona w ten sam sposób, co antena nadawcza.

Rysunek 3: Anteny poszukiwawcze radaru naprowadzania rakiet S-125 „Newa“

Zdjęcie anten radaru naprowadzania pocisków kompleksu S-125

Rysunek 4: Anteny poszukiwawcze radaru naprowadzania rakiet S-125 „Newa“

Oczywiście polaryzacja liniowa może również przyjmować wszystkie inne kierunki w przestrzeni. Oprócz pionowej i poziomej, tylko pozycje 45° są specjalnie oznaczone:

Polaryzacja kołowa

W przypadku polaryzacji kołowej wektor natężenia pola obraca się zgodnie z ruchem wskazówek zegara lub przeciwnie do kierunku propagacji Z (polaryzacji kołowej prawoskrętnej lub polaryzacji kołowej lewoskrętnej). Polaryzacja kołowa jest tworzona przez dwie anteny o polaryzacji liniowej zasilane prądem o 90° poza fazą i jednocześnie mechanicznie obracane o 90°. Jeśli amplitudy dwóch takich składowych liniowych nie są równe, powstaje polaryzacja eliptyczna.

Rysunek 4: Tworzenie się polaryzacji kołowej

Polaryzacja kołowa: dwa dipole ustawione pionowo jeden na drugim są zasilane prądem o różnicy faz 90°. Powstałe w ten sposób pole jest spolaryzowane kołowo.

Rysunek 5: Tworzenie się polaryzacji kołowej
Poniżej znajduje się animacja (50 kB) na ten temat

Do prezentacji na zajęciach polecam rozwiązanie z demonstrations.wolfram.com

Aby uzyskać optymalny odbiór, należy stosować anteny o tej samej polaryzacji. W przypadku zastosowania nieprawidłowo spolaryzowanej anteny występują znaczne straty, w praktyce od 20 do 30 dB. Z tego powodu celowa zmiana polaryzacji umożliwia tłumienie zarówno zakłóceń atmosferycznych, jak i niektórych zakłóceń elektronicznych. W praktyce, na przykład, radar kontroli ruchu lotniczego lubi przełączać się na polaryzację kołową, gdy występuje silne zakłócenie pogodowe.

Depolaryzacja

Stan polaryzacji fali elektromagnetycznej może ulec zmianie w wyniku odbicia od obiektów i nierówności w atmosferze, zwłaszcza w jonosferze. W radarach depolaryzacja jest rozumiana jako skręcenie kierunku polaryzacji. W optyce depolaryzacja jest rozumiana jako zmniejszenie stopnia polaryzacji częściowo spolaryzowanej fali podczas rozpraszania. Ponieważ może się też zdarzyć, że np. fala częściowo spolaryzowana po odbiciu lub rozproszeniu zostanie całkowicie spolaryzowana, depolaryzacja przyjmie tu wartości ujemne.

W warunkach idealnej koherencji poszczególne różnie spolaryzowane części fali nakładają się ponownie, tworząc falę koherentną o nowym kierunku polaryzacji. W tym przypadku depolaryzacja jest mierzona jako obrót kąta polaryzacji. Efekty te powodują zjawisko tłumienia zwane zanikaniem polaryzacji. Jeśli fale elektromagnetyczne muszą przejść przez silne pola deszczowe, orientacja płaszczyzny polaryzacji może się całkowicie zmienić.

Tak jak fale o różnej polaryzacji nakładają się na siebie, tak samo mogą one zostać rozdzielone na dwie spolaryzowane krzyżowo (tzn. pod kątem prostym do siebie) części, gdy zostaną odebrane. Pierwotny kierunek polaryzacji można następnie wyznaczyć za pomocą rachunku wektorowego. W praktyce radary meteorologiczne z podwójną polaryzacją mogą nie tylko wykorzystywać jednocześnie dwie płaszczyzny polaryzacji krzyżowej, ale także odbierać spolaryzowane krzyżowo sygnały echa podczas nadawania z polaryzacją pojedynczą. Następujące skróty są często używane do rozróżniania różnych kanałów odbioru: