ध्रुवीकरण एंटेना की मूलभूत विशेषताओं में से एक है। सबसे पहले हमें समतल तरंगों के ध्रुवीकरण को समझना होगा। फिर हम एंटेना ध्रुवीकरण के मुख्य प्रकारों पर चर्चा कर सकते हैं।
रैखिक ध्रुवीकरण
हम समतल विद्युत चुम्बकीय तरंग के ध्रुवीकरण को समझना शुरू करेंगे।
एक समतलीय विद्युतचुंबकीय (EM) तरंग की कई विशेषताएँ होती हैं। पहली यह कि शक्ति एक दिशा में गमन करती है (दो लंबवत दिशाओं में कोई क्षेत्र परिवर्तन नहीं होता)। दूसरी, विद्युत क्षेत्र और चुंबकीय क्षेत्र एक दूसरे के लंबवत और लंबवत होते हैं। विद्युत और चुंबकीय क्षेत्र समतलीय तरंग संचरण की दिशा के लंबवत होते हैं। उदाहरण के लिए, समीकरण (1) द्वारा दिए गए एकल-आवृत्ति विद्युत क्षेत्र (E क्षेत्र) पर विचार करें। विद्युतचुंबकीय क्षेत्र +z दिशा में गमन कर रहा है। विद्युत क्षेत्र +x दिशा में निर्देशित है। चुंबकीय क्षेत्र +y दिशा में है।
समीकरण (1) में, निम्न 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 यात्रा करने वाले विद्युत क्षेत्र का ग्राफिकल प्रतिनिधित्व।
ध्रुवीकरण विद्युत क्षेत्र का अनुरेखण और संचरण आकार (समोच्च) है। उदाहरण के लिए, समतल तरंग विद्युत क्षेत्र समीकरण (1) पर विचार करें। हम उस स्थिति का अवलोकन करेंगे जहाँ विद्युत क्षेत्र समय के फलन के रूप में (X,Y,Z) = (0,0,0) है। इस क्षेत्र का आयाम चित्र 2 में समय के कई बिंदुओं पर दर्शाया गया है। यह क्षेत्र "F" आवृत्ति पर दोलन कर रहा है।
चित्र 2. विभिन्न समयों पर विद्युत क्षेत्र (X, Y, Z) = (0,0,0) का अवलोकन करें।
विद्युत क्षेत्र मूल बिंदु पर देखा जाता है, जो आयाम में आगे-पीछे दोलन करता है। विद्युत क्षेत्र हमेशा दर्शाए गए x-अक्ष के अनुदिश होता है। चूँकि विद्युत क्षेत्र एक ही रेखा के अनुदिश बना रहता है, इसलिए इस क्षेत्र को रैखिकतः ध्रुवित कहा जा सकता है। इसके अतिरिक्त, यदि x-अक्ष धरातल के समांतर है, तो इस क्षेत्र को क्षैतिजतः ध्रुवित भी कहा जाता है। यदि क्षेत्र Y-अक्ष के अनुदिश स्थित है, तो तरंग को ऊर्ध्वाधरतः ध्रुवित कहा जा सकता है।
रैखिक रूप से ध्रुवित तरंगों को क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर अक्ष के अनुदिश निर्देशित करने की आवश्यकता नहीं होती। उदाहरण के लिए, चित्र 3 में दर्शाई गई रेखा के अनुदिश स्थित एक विद्युत क्षेत्र तरंग भी रैखिक रूप से ध्रुवित होगी।
छवि 3. एक रैखिक 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 समान आकार के हैं।
समीकरण (2) के बारे में ध्यान देने योग्य बात यह है कि दूसरे चरण में xy-घटक और इलेक्ट्रॉनिक क्षेत्र समान हैं। इसका अर्थ है कि दोनों घटकों का आयाम हर समय समान रहता है।
वृत्ताकार ध्रुवीकरण
अब मान लें कि समतल तरंग का विद्युत क्षेत्र समीकरण (3) द्वारा दिया गया है:
इस स्थिति में, X- और Y- अवयव 90 डिग्री कला से बाहर हैं। यदि क्षेत्र को पहले की तरह (X, Y, Z) = (0,0,0) के रूप में फिर से देखा जाए, तो विद्युत क्षेत्र बनाम समय वक्र नीचे चित्र 4 में दिखाए अनुसार दिखाई देगा।
चित्र 4. विद्युत क्षेत्र की ताकत (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ डोमेन. (3).
चित्र 4 में दिखाया गया विद्युत क्षेत्र एक वृत्ताकार घूर्णन करता 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 (लंबवत) घटक होने चाहिए।
- विद्युत क्षेत्र के ऑर्थोगोनल घटकों का आयाम समान होना चाहिए।
- चतुर्भुज घटकों को 90 डिग्री के चरण से बाहर होना चाहिए।
यदि तरंग चित्र 4 स्क्रीन पर यात्रा की जाए, तो क्षेत्र घूर्णन को वामावर्त और दक्षिणावर्त वृत्तीय ध्रुवीकृत (RHCP) कहा जाता है। यदि क्षेत्र को दक्षिणावर्त दिशा में घुमाया जाए, तो क्षेत्र वाम-हस्त वृत्तीय ध्रुवीकरण (LHCP) होगा।
अण्डाकार ध्रुवीकरण
यदि विद्युत क्षेत्र में दो लंबवत घटक हों, जो कला से 90 डिग्री बाहर हों, लेकिन समान परिमाण के हों, तो क्षेत्र दीर्घवृत्तीय रूप से ध्रुवित होगा। समीकरण (4) द्वारा वर्णित +z दिशा में गतिमान एक समतल तरंग के विद्युत क्षेत्र पर विचार करते हुए:
उस बिंदु का बिन्दुपथ जिस पर विद्युत क्षेत्र सदिश का सिरा स्थित होगा, चित्र 5 में दिया गया है
चित्र 5. शीघ्र दीर्घवृत्तीय ध्रुवीकरण तरंग विद्युत क्षेत्र. (4).
चित्र 5 में, वामावर्त दिशा में गतिमान विद्युत क्षेत्र, यदि स्क्रीन से बाहर की ओर गतिमान हो, तो दक्षिणावर्त दीर्घवृत्ताकार होगा। यदि विद्युत क्षेत्र सदिश विपरीत दिशा में घूमता है, तो क्षेत्र वाम-हस्त दीर्घवृत्ताकार ध्रुवीकृत होगा।
इसके अलावा, दीर्घवृत्तीय ध्रुवीकरण इसकी उत्केंद्रता को संदर्भित करता है। उत्केंद्रता का अनुपात प्रमुख और लघु अक्षों के आयाम से है। उदाहरण के लिए, समीकरण (4) से तरंग उत्केंद्रता 1/0.3 = 3.33 है। दीर्घवृत्तीय ध्रुवीकृत तरंगों को प्रमुख अक्ष की दिशा द्वारा आगे वर्णित किया गया है। तरंग समीकरण (4) में एक अक्ष है जिसमें मुख्य रूप से x-अक्ष शामिल है। ध्यान दें कि प्रमुख अक्ष किसी भी समतल कोण पर हो सकता है। कोण को X, Y या Z अक्ष के अनुरूप होना आवश्यक नहीं है। अंत में, यह ध्यान रखना महत्वपूर्ण है कि वृत्तीय और रैखिक ध्रुवीकरण दोनों दीर्घवृत्तीय ध्रुवीकरण के विशेष मामले हैं। 1.0 उत्केंद्रीय दीर्घवृत्तीय ध्रुवीकृत तरंग एक वृत्तीय ध्रुवीकृत तरंग है। अनंत उत्केंद्रता वाली दीर्घवृत्तीय ध्रुवीकृत तरंगें। रैखिक रूप से ध्रुवीकृत तरंगें।
एंटीना ध्रुवीकरण
अब जब हम ध्रुवीकृत समतल तरंग विद्युत चुम्बकीय क्षेत्रों से अवगत हैं, तो एंटीना के ध्रुवीकरण को सरलता से परिभाषित किया जा सकता है।
एंटीना ध्रुवीकरण एक एंटीना दूर-क्षेत्र मूल्यांकन, परिणामी विकिरणित क्षेत्र का ध्रुवीकरण। इसलिए, एंटेना को अक्सर "रैखिक ध्रुवीकृत" या "दाएँ-हस्त वृत्ताकार ध्रुवीकृत एंटेना" के रूप में सूचीबद्ध किया जाता है।
यह सरल अवधारणा एंटीना संचार के लिए महत्वपूर्ण है। सबसे पहले, एक क्षैतिज ध्रुवीकृत एंटीना एक ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटीना के साथ संचार नहीं करेगा। पारस्परिकता प्रमेय के कारण, एंटीना बिल्कुल उसी तरह संचारित और ग्रहण करता है। इसलिए, ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटीना ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत क्षेत्रों को संचारित और ग्रहण करते हैं। इसलिए, यदि आप एक ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत क्षैतिज ध्रुवीकृत एंटीना को संचारित करने का प्रयास करते हैं, तो कोई रिसेप्शन नहीं होगा।
सामान्य स्थिति में, एक कोण ( ) द्वारा एक दूसरे के सापेक्ष घुमाए गए दो रैखिक ध्रुवीकृत एंटेना के लिए, इस ध्रुवीकरण बेमेल के कारण बिजली की हानि को ध्रुवीकरण हानि कारक (पीएलएफ) द्वारा वर्णित किया जाएगा:
इसलिए, यदि दो एंटेना का ध्रुवीकरण समान है, 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 ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत है और दूसरा क्षैतिज ध्रुवीकृत है, तो कोण 90 डिग्री होता है, और कोई शक्ति स्थानांतरित नहीं होगी।
नोट: फ़ोन को अपने सिर के ऊपर से अलग-अलग कोणों पर घुमाने से यह समझा जा सकता है कि कभी-कभी रिसेप्शन क्यों बढ़ सकता है। सेल फ़ोन के एंटेना आमतौर पर रैखिक रूप से ध्रुवीकृत होते हैं, इसलिए फ़ोन को घुमाने से अक्सर फ़ोन का ध्रुवीकरण मेल खाता है, जिससे रिसेप्शन बेहतर होता है।
वृत्ताकार ध्रुवीकरण कई एंटेना की एक वांछनीय विशेषता है। दोनों एंटेना वृत्ताकार ध्रुवीकृत होते हैं और ध्रुवीकरण बेमेल के कारण सिग्नल हानि से ग्रस्त नहीं होते हैं। जीपीएस प्रणालियों में प्रयुक्त एंटेना दाएँ-हस्त वृत्ताकार ध्रुवीकृत होते हैं।
अब मान लीजिए कि एक रैखिक ध्रुवीकृत एंटीना वृत्ताकार ध्रुवीकृत तरंगें ग्रहण करता है। इसी प्रकार, मान लीजिए कि एक वृत्ताकार ध्रुवीकृत एंटीना रैखिक ध्रुवीकृत तरंगें ग्रहण करने का प्रयास करता है। परिणामी ध्रुवीकरण हानि कारक क्या है?
याद रखें कि वृत्तीय ध्रुवीकरण वास्तव में दो लंबवत रैखिक ध्रुवीकृत तरंगें हैं, जो कला से 90 डिग्री बाहर हैं। इसलिए, एक रैखिक ध्रुवीकृत (LP) एंटीना केवल वृत्तीय ध्रुवीकृत (CP) तरंग कला घटक को ही ग्रहण करेगा। इसलिए, LP एंटीना में ध्रुवीकरण बेमेल हानि 0.5 (-3dB) होगी। यह सत्य है चाहे LP एंटीना किसी भी कोण पर घुमाया जाए। इसलिए:
ध्रुवीकरण हानि कारक को कभी-कभी ध्रुवीकरण दक्षता, एंटीना बेमेल कारक, या एंटीना अभिग्रहण कारक भी कहा जाता है। ये सभी नाम एक ही अवधारणा को दर्शाते हैं।
पोस्ट करने का समय: 22-दिसंबर-2023
