ध्रुवीकरण एंटेना की मूलभूत विशेषताओं में से एक है। सबसे पहले हमें समतल तरंगों के ध्रुवीकरण को समझना होगा। इसके बाद हम एंटेना के ध्रुवीकरण के मुख्य प्रकारों पर चर्चा कर सकते हैं।
रेखीय ध्रुवीकरण
हम समतल विद्युत चुम्बकीय तरंग के ध्रुवीकरण को समझना शुरू करेंगे।
एक समतलीय विद्युत चुम्बकीय (EM) तरंग की कई विशेषताएँ होती हैं। पहली यह कि शक्ति एक ही दिशा में प्रवाहित होती है (दो लंबवत दिशाओं में क्षेत्र में कोई परिवर्तन नहीं होता)। दूसरी, विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र एक दूसरे के लंबवत और लंबवत होते हैं। विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र समतल तरंग के संचरण की दिशा के लंबवत होते हैं। उदाहरण के लिए, समीकरण (1) द्वारा दिए गए एकल-आवृत्ति विद्युत क्षेत्र (E क्षेत्र) पर विचार करें। विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र +z दिशा में प्रवाहित हो रहा है। विद्युत क्षेत्र +x दिशा में निर्देशित है। चुंबकीय क्षेत्र +y दिशा में है।
समीकरण (1) में, संकेतन पर ध्यान दें: । यह एक इकाई सदिश (लंबाई का एक सदिश) है, जो दर्शाता है कि विद्युत क्षेत्र बिंदु x दिशा में है। समतल तरंग को चित्र 1 में दर्शाया गया है।
चित्र 1. +z दिशा में प्रवाहित विद्युत क्षेत्र का ग्राफ़िकल निरूपण।
ध्रुवीकरण किसी विद्युत क्षेत्र के पथ और प्रसार आकृति (परिधि) को दर्शाता है। उदाहरण के लिए, समतल तरंग विद्युत क्षेत्र समीकरण (1) पर विचार करें। हम समय के फलन के रूप में उस स्थिति का अवलोकन करेंगे जहाँ विद्युत क्षेत्र (X,Y,Z) = (0,0,0) है। इस क्षेत्र का आयाम चित्र 2 में समय के विभिन्न बिंदुओं पर दर्शाया गया है। यह क्षेत्र आवृत्ति "F" पर दोलन कर रहा है।
चित्र 2. विभिन्न समयों पर विद्युत क्षेत्र (X, Y, Z) = (0,0,0) का अवलोकन करें।
मूल बिंदु पर विद्युत क्षेत्र का आयाम दोलन करते हुए देखा जाता है। विद्युत क्षेत्र हमेशा दर्शाए गए x-अक्ष के अनुदिश होता है। चूंकि विद्युत क्षेत्र एक सीधी रेखा के अनुदिश स्थिर रहता है, इसलिए इसे रैखिक रूप से ध्रुवीकृत कहा जा सकता है। इसके अतिरिक्त, यदि x-अक्ष जमीन के समानांतर है, तो इस क्षेत्र को क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत भी कहा जाता है। यदि क्षेत्र y-अक्ष के अनुदिश स्थित है, तो तरंग को ऊर्ध्वाधर रूप से ध्रुवीकृत कहा जा सकता है।
रेखीय ध्रुवीकृत तरंगों का क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर अक्ष के अनुदिश निर्देशित होना आवश्यक नहीं है। उदाहरण के लिए, चित्र 3 में दर्शाई गई रेखा के अनुदिश स्थित एक विद्युत क्षेत्र तरंग भी रेखीय ध्रुवीकृत होगी।
चित्र 3. एक रैखिक रूप से ध्रुवीकृत तरंग का विद्युत क्षेत्र आयाम, जिसका प्रक्षेप पथ एक कोण है।
चित्र 3 में विद्युत क्षेत्र को समीकरण (2) द्वारा वर्णित किया जा सकता है। अब विद्युत क्षेत्र के x और y घटक हैं। दोनों घटक आकार में बराबर हैं।
समीकरण (2) के बारे में ध्यान देने योग्य एक बात द्वितीय चरण में xy-घटक और इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्र हैं। इसका अर्थ है कि दोनों घटकों का आयाम हर समय समान रहता है।
वृत्ताकार ध्रुवीकरण
अब मान लीजिए कि समतल तरंग का विद्युत क्षेत्र समीकरण (3) द्वारा दिया गया है:
इस स्थिति में, X और Y तत्व 90 डिग्री विपरीत कला में हैं। यदि क्षेत्र को पहले की तरह (X, Y, Z) = (0,0,0) के रूप में देखा जाए, तो विद्युत क्षेत्र बनाम समय वक्र नीचे चित्र 4 में दिखाए अनुसार दिखाई देगा।
चित्र 4. विद्युत क्षेत्र की तीव्रता (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ डोमेन। (3).
चित्र 4 में विद्युत क्षेत्र एक वृत्त में घूमता है। इस प्रकार के क्षेत्र को वृत्ताकार ध्रुवीकृत तरंग कहा जाता है। वृत्ताकार ध्रुवीकरण के लिए निम्नलिखित मानदंड पूरे होने चाहिए:
- वृत्ताकार ध्रुवीकरण के लिए मानक
- विद्युत क्षेत्र में दो लंबवत (ऑर्थोगोनल) घटक होने चाहिए।
- विद्युत क्षेत्र के लंबवत घटकों का आयाम बराबर होना चाहिए।
- क्वाड्रैचर घटकों का फेज कोण 90 डिग्री विपरीत होना चाहिए।
यदि तरंग आकृति 4 स्क्रीन पर यात्रा की जाए, तो क्षेत्र का घूर्णन वामावर्त और दाएँ हाथ से वृत्ताकार ध्रुवीकरण (RHCP) कहलाता है। यदि क्षेत्र को दक्षिणावर्त दिशा में घुमाया जाए, तो वह बाएँ हाथ से वृत्ताकार ध्रुवीकरण (LHCP) होगा।
अण्डाकार ध्रुवीकरण
यदि विद्युत क्षेत्र के दो लंबवत घटक हैं, जो 90 डिग्री कलाविहीन हैं लेकिन समान परिमाण के हैं, तो क्षेत्र दीर्घवृत्ताकार रूप से ध्रुवीकृत होगा। +z दिशा में यात्रा करने वाली समतल तरंग के विद्युत क्षेत्र पर विचार करते हुए, जिसे समीकरण (4) द्वारा वर्णित किया गया है:
वह बिंदु जहाँ विद्युत क्षेत्र सदिश का शीर्ष बिंदु बनेगा, उसका पथ चित्र 5 में दर्शाया गया है।
चित्र 5. त्वरित अण्डाकार ध्रुवीकरण तरंग विद्युत क्षेत्र। (4).
चित्र 5 में दर्शाया गया क्षेत्र, वामावर्त दिशा में गति करते हुए, स्क्रीन से बाहर निकलने पर दाएँ हाथ के दीर्घवृत्ताकार ध्रुवीकरण वाला होगा। यदि विद्युत क्षेत्र सदिश विपरीत दिशा में घूमता है, तो क्षेत्र बाएँ हाथ के दीर्घवृत्ताकार ध्रुवीकरण वाला होगा।
इसके अलावा, अण्डाकार ध्रुवीकरण इसकी उत्केन्द्रता को संदर्भित करता है। उत्केन्द्रता और दीर्घ और लघु अक्षों के आयाम का अनुपात। उदाहरण के लिए, समीकरण (4) से तरंग उत्केन्द्रता 1/0.3 = 3.33 है। अण्डाकार ध्रुवीकृत तरंगों को दीर्घ अक्ष की दिशा द्वारा और अधिक वर्णित किया जाता है। तरंग समीकरण (4) में एक अक्ष है जिसमें मुख्य रूप से x-अक्ष शामिल है। ध्यान दें कि दीर्घ अक्ष किसी भी समतल कोण पर हो सकता है। कोण का X, Y या Z अक्ष के अनुरूप होना आवश्यक नहीं है। अंत में, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि वृत्ताकार और रेखीय ध्रुवीकरण दोनों ही अण्डाकार ध्रुवीकरण के विशेष मामले हैं। 1.0 उत्केन्द्रित अण्डाकार ध्रुवीकृत तरंग एक वृत्ताकार ध्रुवीकृत तरंग है। अनंत उत्केन्द्रता वाली अण्डाकार ध्रुवीकृत तरंगें। रेखीय ध्रुवीकृत तरंगें।
एंटीना ध्रुवीकरण
अब जबकि हम ध्रुवीकृत समतल तरंग विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों से परिचित हैं, तो एक एंटीना के ध्रुवीकरण को आसानी से परिभाषित किया जा सकता है।
एंटेना ध्रुवीकरण: एंटेना का दूर-क्षेत्र मूल्यांकन, परिणामी विकिरण क्षेत्र का ध्रुवीकरण है। इसलिए, एंटेना को अक्सर "रैखिक रूप से ध्रुवीकृत" या "दाएं हाथ से वृत्ताकार रूप से ध्रुवीकृत एंटेना" के रूप में सूचीबद्ध किया जाता है।
यह सरल अवधारणा एंटेना संचार के लिए महत्वपूर्ण है। सर्वप्रथम, क्षैतिज ध्रुवीकृत एंटेना ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटेना के साथ संचार नहीं कर सकता। पारस्परिकता प्रमेय के अनुसार, एंटेना ठीक उसी तरह संचारित और प्राप्त करता है। अतः, ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटेना ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत क्षेत्र संचारित और प्राप्त करते हैं। इसलिए, यदि आप ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटेना को क्षैतिज ध्रुवीकृत एंटेना से संचारित करने का प्रयास करते हैं, तो कोई रिसेप्शन नहीं होगा।
सामान्य स्थिति में, दो रैखिक रूप से ध्रुवीकृत एंटेना के लिए जो एक दूसरे के सापेक्ष एक कोण ( ) से घूमे हुए हैं, इस ध्रुवीकरण बेमेल के कारण होने वाली शक्ति हानि को ध्रुवीकरण हानि कारक (PLF) द्वारा वर्णित किया जाएगा:
इसलिए, यदि दो एंटेना का ध्रुवीकरण समान हो, तो उनके विकिरणित इलेक्ट्रॉन क्षेत्रों के बीच का कोण शून्य होता है और ध्रुवीकरण बेमेल के कारण कोई शक्ति हानि नहीं होती है। यदि एक एंटेना लंबवत ध्रुवीकृत हो और दूसरा क्षैतिज ध्रुवीकृत हो, तो कोण 90 डिग्री होता है, और कोई शक्ति स्थानांतरित नहीं होगी।
नोट: फोन को अपने सिर के ऊपर अलग-अलग कोणों पर घुमाने से यह पता चलता है कि कभी-कभी रिसेप्शन क्यों बेहतर हो जाता है। मोबाइल फोन के एंटीना आमतौर पर रैखिक रूप से ध्रुवीकृत होते हैं, इसलिए फोन को घुमाने से अक्सर फोन के ध्रुवीकरण से मेल हो जाता है, जिससे रिसेप्शन बेहतर हो जाता है।
कई एंटेना में वृत्ताकार ध्रुवीकरण एक वांछनीय विशेषता है। दोनों एंटेना वृत्ताकार ध्रुवीकृत हैं और ध्रुवीकरण बेमेल के कारण सिग्नल हानि से प्रभावित नहीं होते हैं। जीपीएस सिस्टम में उपयोग किए जाने वाले एंटेना दाएं हाथ के वृत्ताकार ध्रुवीकृत होते हैं।
अब मान लीजिए कि एक रेखीय ध्रुवीकृत एंटीना वृत्ताकार ध्रुवीकृत तरंगें प्राप्त करता है। समतुल्य रूप से, मान लीजिए कि एक वृत्ताकार ध्रुवीकृत एंटीना रेखीय ध्रुवीकृत तरंगें प्राप्त करने का प्रयास करता है। परिणामस्वरूप ध्रुवीकरण हानि गुणांक क्या होगा?
ध्यान दें कि वृत्ताकार ध्रुवीकरण वास्तव में दो लंबवत रैखिक रूप से ध्रुवीकृत तरंगें हैं, जो 90 डिग्री कला से भिन्न होती हैं। इसलिए, एक रैखिक रूप से ध्रुवीकृत (एलपी) एंटीना केवल वृत्ताकार रूप से ध्रुवीकृत (सीपी) तरंग कला घटक को ही ग्रहण करेगा। अतः, एलपी एंटीना में 0.5 (-3dB) का ध्रुवीकरण बेमेल हानि होगी। यह सत्य है चाहे एलपी एंटीना को किसी भी कोण पर घुमाया जाए। अतः:
ध्रुवीकरण हानि कारक को कभी-कभी ध्रुवीकरण दक्षता, एंटीना बेमेल कारक या एंटीना रिसेप्शन कारक भी कहा जाता है। ये सभी नाम एक ही अवधारणा को संदर्भित करते हैं।
पोस्ट करने का समय: 22 दिसंबर 2023
