天线极化综述.doc

班 级： 09电子(1)班 姓 名： 周 绕 学 号： 0905072024 完成时间：2011年11月15日天线极化综述目 录一、天线的极化概念描述1二、天线的极化分类11、 线极化1（1）、线极化描述1（2）、线极化的数学分析12、 天线的馈源系统23、 极化波3（1）、极化波的简介与分类3（2）、极化波的应用34、 圆极化3（1）、圆极化的描述35、 椭圆极化5三、总结.5一、天线的极化概念描述天线的极化特性是以天线辐射的电磁波在最大辐射方向上电场强度矢量的空间取向来定义的，是描述天线辐射电磁波矢量空间指向的参数。由于电场与磁场有恒定的关系，故一般都以电场矢量的空间指向作为天线辐射电磁波的极化方向。二、天线的极化分类天线的极化分为线极化、圆极化和椭圆极化。线极化又分为水平极化和垂直极化；圆极化又分为左旋圆极化和右旋圆极化。 1、 线极化（1）、线极化描述电场矢量在空间的取向固定不变的电磁波叫线极化。有时以地面为参数，电场矢量方向与地面平行的叫水平极化，与地面垂直的叫垂直极化。电场矢量与传播方向构 成的平面叫极化平面。垂直极化波的极化平面与地面垂直；水平极化波的极化平面则垂直于入射线、反射线和入射点地面的法线构成的入射平面。（2）、线极化的数学分析 (a) 垂直极化 (b) 水平极化 在三维空间，沿Z轴方向传播的电磁波，其瞬时电场可写为：= + 。 若=ExmCOS(wt+x),=EymCOS(wt+y) ，且与的相位差为n(n=1,2,3,) ，则合成矢量的模为: 这是一个随时间变化而变化的量，合成矢量的相位为： 合成矢量的相位为常数。可见合成矢量的端点的轨迹为一条直线。 与传播方向构成的平面称为极化面，当极化面与地面平行时，为水平极化，如图（a）；当极化面与地面垂直时，为垂直极化波，如图（b）。2、天线的馈源系统馈源是天线的心脏，它用作高增益聚集天线的初级辐射器，为抛物面天线提供有效的照射。（1)有合适的方向图。馈源初级方向图不能太窄，否则抛物面不能被全部照射；但也不能太宽，以免功率泄漏过多。另外，初级方向图应接近于旋转对称，最好没有旁瓣和尾瓣。（2）有理想的波前。圆抛物面天线要求馈源的波前为球面，以确保该相位中心与焦点重合时抛物面口径场的相位均匀分布。否则，会引起天线方向图畸变、增益下降、旁瓣升高。（3）无交叉极化。即无干扰主极化的交叉分量，要求馈源辐射场的交叉化分量尽可能小。（4）阻抗变化平稳。要求在工作频段内，馈源的输入阻抗不应变化过大，以保证和馈线匹配。（5）尺寸尽量小。完整的馈源系统主要由馈源喇叭、90移相器和圆矩变换器几部分组成。馈源按使用的方式可分为前馈馈源和后馈馈源。按卫星频段可 分为C频段馈源和Ku频段馈源；目前已开发出C和Ku频段的共用馈源。前馈馈源一般应用于普通的抛物面天线，后馈馈源一般应用于卡塞格伦天线。 抛物面天线常用馈源形式有角锥喇叭、圆锥喇叭、开口波导和波纹喇叭等。前馈馈源中使用最多的是波纹槽馈源；再有一种叫带扼流槽的同轴波导馈源。后馈 馈源喇叭常用的是介质加载型喇叭，它是在普通圆锥喇叭里面加上一段聚四氟乙烯衬套构成的。偏馈天线要选用偏馈馈源，偏馈馈源盘的波纹呈漏斗状，而正馈馈源的波纹盘为水平状。3、 极化波（1）、极化波的简介与分类线极化波又有水平极化波和垂直极化波之分。电场的两个分量没有相位差(同相)或相位差为180度(反相)时，合成电场矢量是直线极化。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。若电场矢量在空间描出的轨迹为一个圆，即电场矢量是围绕传播方向的轴线不断地旋转，则称为圆极化波。圆极化波可由两正交且具有90度相位差的分量合成产生，根据矢量端点旋转方向的不同，圆极化可以是右旋的，也可以是左旋的。具体判断可按如下方式进行：将右手大拇指指向电磁波的传播方向，其余四指指向电场强度E的矢端并旋转，若与E的旋转一致，则为右旋圆极化波；若与E的旋转相反，则为左旋圆极化波。不同极化(偏振)可看作若干个具有同传播方向同频率的平面电磁波合成的结果。若场矢量具有任意的取向、任意的振幅和杂乱的相位，则合成波将是杂乱的。（2）、极化波的应用在移动通信系统中，一般均采用垂直极化的传播方式，雷达、导航、制导、通信和电视广播上广泛采用圆极化波。因为一个线极化波可以分解为两个振幅相等、旋向 相反的圆极化波，一个椭圆极化波可以分解成两个不等幅的、旋向相反的圆极化波，用圆极化天线来接收信号的话，不管发射的极化方式如何肯定能收到信号，不会 出现失控的情况。在工程应用上接收极化波时，天线上均装有极化器，它是完成线极化或圆极化变化的器件。在结上有 两种：一种是在波导内插入介质片，另一种是在圆波导中通过轴线的纵面内对称插入多颗螺钉构成，也称作移相器。当接收圆极化波时，调整波导内的移相器位置可 完成左旋圆极化和右旋圆极化的接收；当接收线极化波时，去掉波导内移相器，调整高频头在馈源支架中的左右活动方向（高频头已与馈源相连接），便可完成水平 或垂直极化波的接收。在接收线极化波的情况下，将移相器取下的目的是：当卫星接收天线接收线极化波时，即使将移相器与波导垂直（可收线极化波），不移相也 会产生损失，会使天线噪声增加。这也是目前市场上销售接收线极化波的中小口径天线的波导内没有移相器的原因之一。所以，若移相器是螺钉对称排列的，用螺丝 刀将其全部旋出与圆波导内壁持平即可。4、 圆极化（1）、圆极化的描述当无线电波的极化面与大地法线面之间的夹角从0360周期的变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化。在电场的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90或270时，可以得到圆极化。圆极化，若极化面随时间旋转并与电磁波传播方向成右螺旋关系，称右圆极化；反之，若成左螺旋关系，称左圆极化。圆极化信号是指电磁波在传送过程中以螺旋旋转的方式传播。其旋转方向决定其极化方式。以顺时针方向旋转传播的电磁波称之为右旋极化，用字母R表示；以逆时针方向旋转传播的电波称之为左旋极化，用字母表示。一些早期发射的卫星采用的是圆极化方式。圆极化电波相对于线极化电波最主要的优点是接收时不用调整极化角。 在国内很难寻找到专用的圆极化馈源和高频头。一般都是用线极化馈源高频头来接收圆极化波，但是直接用线极化馈源收视圆极化波信号要损失3dB。用线极化馈 源接收圆极化波常采用的是移相技术，把圆极化波转换成线极化波，这就是在普通线极化馈源中加装移相器，来实现圆极化广播卫星电视信号的正常接收。移相器有螺钉移相器和介质移相器之分，而采用介质移相器较简单，适合业余条件下动手制作。介质移相器俗称极化片或介质极化片。 介质极化片的材料要用微波损耗小的聚四氟乙烯，俗称特富龙Teflon类的有机绝缘材料，也可用有机玻璃或其它塑料片，厚度不够可用23层粘合。C波段介质极化片其实就是一个长方形的绝缘片，长度约为圆极化波的波长7cm左右，宽度视波导管内径，一般在5.5cm6.0cm间，介质极化厚度约6mm。波导管长筒形介质极化片长度选用一个波长，如OS-222普斯类，波导管短筒选用半个波长为宜PBI-1200类。（2）、圆极化的数学分析 (c) 右旋圆极化 (d) 左旋圆极化 若与的幅度相等，相位差为(2n+1)/2 时，则 : 是常数，而相位随时间t而变化： 故合成矢量端点的轨迹为一个圆。 根据电场旋转方向不同，圆极化可分为右旋和左旋两种。观察者沿波的传播方向看去，电场矢量在截面内顺时针方向旋转（满足右手定测）称右旋极化，如图（c），逆时针方向旋转（满足左手定测）称左旋转化，如图（d）。 因此，若超前 /2 ，则为右旋极化波，若落后 /2 ，则为左旋极化波。5、椭圆极化 若与的幅度和相位差均不满足上述条件时，合成矢量端点的轨迹为一个椭园。椭圆极化波的椭圆长短轴之比，称为轴比，当椭圆的轴比等于1，椭圆极化波即是圆极化波。当轴化为时，电波的极化为线极化。 根据电场旋转方向不同，椭圆极化和圆极化可分为右旋和左旋两种。观察者沿波的传播方向看去，电场矢量在截面内顺时针方向旋称右旋极化，逆时针方向旋转称左旋转化。 电波的极化特性是 由发射天线决定的，反过来不同极化的电波则要求天线与之极化匹配，即线极化天线只能辐射或接收线极化波，并且，水平极化天线只能接收由水平极化天线辐射的 水平极化波，不能接收由垂直极化天线辐射的垂直极化波，反之亦然。圆极化天线只能发射或接收圆极化波，并且，右旋圆极化天线只能接收右旋圆极化天线发射的 右旋圆极化波，而不能接收左旋圆极化波，反之亦然。卫星电视广播有的用线极化波，有的用圆极化波。一