www.radartutorial.eu www.radartutorial.eu Основи радіолокації

Поляризація електромагнітних хвиль

Antennae of the „Fan Song E” fire-control radar for SA-2 „Guideline” (click to expand: 425·338 пiксель = 32 кiлобайт)

Рисунок 1. Радіолокатор станції наведення ракет зенітного ракетного комплексу С-75 («Fan Song E»).
Фото взято з сайту www.pvo.guns.ru

Поляризація електромагнітних хвиль

Поле, що випромінюється антеною, складається з електричних та магнітних силових ліній. В цьому полі силові лінії електричного поля перпендикулярні силовим лініям магнітного поля. Напрями обох цих складових залежать від положення антени відносно земної поверхні. Напрям вектору електричної напруженості визначає напрям поляризації електромагнітної хвилі. Розрізняють лінійну і кругову поляризацію.

Рисунок 2. Електричне поле з вертикальною лінійною поляризацією

vertical linear polarisised electric field (click loupe-button to enlarge: 800·200 пiксель = 544 kByte !)

Рисунок 2. Електричне поле з вертикальною лінійною поляризацією

horizontal linear polarisised electric field (click loupe-button to enlarge: 800·200 пiксель = 544 kByte !)

Рисунок 3. Електричне поле з горизонтальною лінійною поляризацією

Лінійна поляризація

Встановлені горизонтально або вертикально антени призначені для випромінювання та прийому, відповідно, горизонтально або вертикально поляризованих хвиль. У разі незбігу поляризації хвилі та антени буде змінюватися величина прийнятого сигналу, оскільки буде змінюватися величина проекції вектору поляризації хвилі на напрямок поляризації антени.

Лінійна поляризація має дві основні форми:

Максимальний прийнятий сигнал відповідає ситуації, коли приймальна антена орієнтована у тому ж напрямку, що й передавальна.

Antennae of the „Low Blow” fire-control radar for SA-3 „Goa” (click to expand: 425·278 пiксель = 25 кiлобайт)

Рисунок 4. Радіолокатор станції наведення ракет зенітного ракетного комплексу С-125 («Нева»).
Фото взято з сайту www.pvo.guns.ru

Звісно, разом із горизонтальною та вертикальною поляризацією лінійно поляризована антена може приймати й інші, проміжні між цими двома основними, напрямки. Зокрема, спеціально виділяються середні положення (під кутом 45º):

При використанні дротової одиночної антени (вібраторної антени) максимальний прийнятий сигнал буде відповідати ситуації, коли антена орієнтована у просторі так само, як і площина, в якій коливається вектор електричної напруженості хвилі. Таким чином, вертикальна антена використовується для ефективного приймання вертикально поляризованих хвиль, а горизонтальна – для приймання горизонтально поляризованих.

Кругова поляризація
Arising of circular polarization

Рисунок 5. Формування кругової поляризації.

Arising of circular polarization

Рисунок 5. Формування кругової поляризації. Тут є пояснююча анімація (50 кБайт). Для презентації у класі рекомендується представлення demonstrations.wolfram.com

При круговій поляризації силові лінії електричного поля обертаються на 3600 з кожним циклом коливання високочастотної енергії. Кругова поляризація виникає коли на дві лінійно поляризовані антени, повернуті одна відносно одної на 900, подаються два вхідні сигнали, зсунутих по фазі на 900 один відносно одного (Рисунок 5). Розгляд поляризації ведеться по електричному полю, оскільки інтенсивність електромагнітної хвилі зазвичай вимірюють у одиницях напруженості електричного поля (вольт, мілівольт або мікровольт на метр). В деяких випадках орієнтація вектору електричної напруженості не залишається постійною, а обертається разом з розповсюдженням хвилі у просторі. В таких умовах існують як горизонтальні, так і вертикальні компоненти поля, хвиля має еліптичну поляризацію.

Залежно від напряму обертання вектору напруженості кругова поляризація може бути лівою або правою. Хвиля з круговою поляризацією, відбита дощовою краплиною сферичної форми, змінює напрям поляризації на протилежний. Приймальна антена не пропускає хвилю з напрямом поляризації, протилежним випроміненій, тем самим зводячи до мінімуму сигнал відлуння від дощових краплин. Відбиття від літака або іншої реальної цілі буде мати суттєво більшу інтенсивність, оскільки форма цілі не є сферичною.

Для найкращого прийому відбитих сигналів поляризації приймальної та передавальної антен мають співпадати. У протилежному випадку виникають значні втрати, які на практиці можуть досягати 20 … 30 дБ.

У разі виникнення сильних перешкод, спричинених відбиттями від гідрометеорів, часто застосовують кругову поляризацію (якщо така можливість є). Це дає можливість зменшити вплив маскування корисного сигналу перешкодами.

Деполяризація

При розсіюванні на цілі електромагнітної хвилі її поляризація може змінюватися. У оптичному діапазоні деполяризацією називають змінення у ступені поляризованості частково поляризованої хвилі при її розсіюванні. Наприклад, розсіяна ціллю хвиля може мати більшу ступінь поляризації, ніж падаюча на неї хвиля. В цьому випадку деполяризація має від’ємну величину.

Деполяризація також показує просторове або часове змінення ступеню поляризації для повністю поляризованої хвилі, що означає, що може мінятися орієнтація площини поляризації. В цьому значенні термін “деполяризація” використовується, коли йдеться про когерентні високочастотні хвилі. Двохполяризаційні метеорологічні радіолокатори мають можливість випромінювати хвилі на двох ортогональних поляризаціях (H або V) та приймати як на тій самій поляризації, так і на крос-поляризації (ортогональній). У таких випадках використовують такі позначення приймальних каналів: