ആൻ്റിനകളുടെ അടിസ്ഥാന സ്വഭാവങ്ങളിലൊന്നാണ് ധ്രുവീകരണം. പ്ലെയിൻ തരംഗങ്ങളുടെ ധ്രുവീകരണം നാം ആദ്യം മനസ്സിലാക്കേണ്ടതുണ്ട്. അപ്പോൾ നമുക്ക് ആൻ്റിന ധ്രുവീകരണത്തിൻ്റെ പ്രധാന തരങ്ങൾ ചർച്ച ചെയ്യാം.
രേഖീയ ധ്രുവീകരണം
ഒരു തലം വൈദ്യുതകാന്തിക തരംഗത്തിൻ്റെ ധ്രുവീകരണം ഞങ്ങൾ മനസ്സിലാക്കാൻ തുടങ്ങും.
ഒരു പ്ലാനർ ഇലക്ട്രോമാഗ്നെറ്റിക് (EM) തരംഗത്തിന് നിരവധി സ്വഭാവസവിശേഷതകൾ ഉണ്ട്. ആദ്യത്തേത്, ശക്തി ഒരു ദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നു എന്നതാണ് (രണ്ട് ഓർത്തോഗണൽ ദിശകളിൽ ഫീൽഡ് മാറ്റമില്ല). രണ്ടാമതായി, വൈദ്യുത മണ്ഡലവും കാന്തിക മണ്ഡലവും പരസ്പരം ലംബവും പരസ്പരം ഓർത്തോഗണലും ആണ്. വൈദ്യുത, കാന്തിക മണ്ഡലങ്ങൾ വിമാന തരംഗ പ്രചരണത്തിൻ്റെ ദിശയ്ക്ക് ലംബമാണ്. ഒരു ഉദാഹരണമായി, സമവാക്യം (1) നൽകുന്ന ഒരു സിംഗിൾ-ഫ്രീക്വൻസി ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ് (E ഫീൽഡ്) പരിഗണിക്കുക. വൈദ്യുതകാന്തിക മണ്ഡലം +z ദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നു. വൈദ്യുത മണ്ഡലം +x ദിശയിൽ നയിക്കപ്പെടുന്നു. കാന്തികക്ഷേത്രം +y ദിശയിലാണ്.
സമവാക്യത്തിൽ (1), നൊട്ടേഷൻ നിരീക്ഷിക്കുക: . ഇതൊരു യൂണിറ്റ് വെക്റ്റർ (നീളമുള്ള ഒരു വെക്റ്റർ) ആണ്, ഇത് വൈദ്യുത ഫീൽഡ് പോയിൻ്റ് x ദിശയിലാണെന്ന് പറയുന്നു. വിമാന തരംഗം ചിത്രം 1 ൽ ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു.
ചിത്രം 1. +z ദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്ന വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ ഗ്രാഫിക്കൽ പ്രാതിനിധ്യം.
ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ ട്രെയ്‌സ് ആൻ്റ് പ്രൊപ്പഗേഷൻ ആകൃതി (കോണ്ടൂർ) ആണ് ധ്രുവീകരണം. ഒരു ഉദാഹരണമായി, പ്ലെയിൻ വേവ് ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ് സമവാക്യം (1) പരിഗണിക്കുക. വൈദ്യുത മണ്ഡലം (X,Y,Z) = (0,0,0) എന്നത് സമയത്തിൻ്റെ പ്രവർത്തനമായി നാം നിരീക്ഷിക്കും. ഈ ഫീൽഡിൻ്റെ വ്യാപ്തി ചിത്രം 2-ൽ പല സന്ദർഭങ്ങളിലും ചിത്രീകരിച്ചിരിക്കുന്നു. ഫീൽഡ് "F" ആവൃത്തിയിൽ ആന്ദോളനം ചെയ്യുന്നു.
ചിത്രം 2. വിവിധ സമയങ്ങളിൽ വൈദ്യുത മണ്ഡലം (X, Y, Z) = (0,0,0) നിരീക്ഷിക്കുക.
വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഉത്ഭവസ്ഥാനത്ത് നിരീക്ഷിക്കപ്പെടുന്നു, വ്യാപ്തിയിൽ അങ്ങോട്ടും ഇങ്ങോട്ടും ആന്ദോളനം ചെയ്യുന്നു. വൈദ്യുത മണ്ഡലം എല്ലായ്‌പ്പോഴും സൂചിപ്പിച്ചിരിക്കുന്ന x-അക്ഷത്തിനോടൊപ്പമാണ്. വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഒരൊറ്റ ലൈനിലൂടെ പരിപാലിക്കപ്പെടുന്നതിനാൽ, ഈ ഫീൽഡ് രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ടതാണെന്ന് പറയാം. കൂടാതെ, X-അക്ഷം ഭൂമിക്ക് സമാന്തരമാണെങ്കിൽ, ഈ ഫീൽഡ് തിരശ്ചീനമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ടതായി വിവരിക്കുന്നു. Y-അക്ഷത്തിൽ ഫീൽഡ് ഓറിയൻ്റഡ് ആണെങ്കിൽ, തരംഗത്തെ ലംബമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ടതായി പറയാം.
രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട തരംഗങ്ങൾ തിരശ്ചീനമോ ലംബമോ ആയ അച്ചുതണ്ടിലൂടെ നയിക്കേണ്ടതില്ല. ഉദാഹരണത്തിന്, ചിത്രം 3-ൽ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ ഒരു രേഖയിൽ പരിമിതിയുള്ള ഒരു വൈദ്യുത മണ്ഡല തരംഗവും രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെടും.
ചിത്രം 3. ഒരു കോണായ രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട തരംഗത്തിൻ്റെ വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ വ്യാപ്തി.
ചിത്രം 3 ലെ വൈദ്യുത മണ്ഡലം സമവാക്യം (2) വഴി വിവരിക്കാം. ഇപ്പോൾ വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ ഒരു x, y ഘടകമുണ്ട്. രണ്ട് ഘടകങ്ങളും വലുപ്പത്തിൽ തുല്യമാണ്.
സമവാക്യത്തെക്കുറിച്ച് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ട ഒരു കാര്യം (2) രണ്ടാം ഘട്ടത്തിലെ xy-ഘടകവും ഇലക്ട്രോണിക് ഫീൽഡുകളും ആണ്. ഇതിനർത്ഥം രണ്ട് ഘടകങ്ങൾക്കും എല്ലാ സമയത്തും ഒരേ വ്യാപ്തി ഉണ്ടെന്നാണ്.
വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരണം
ഇപ്പോൾ ഒരു വിമാന തരംഗത്തിൻ്റെ വൈദ്യുത മണ്ഡലം സമവാക്യം (3) പ്രകാരമാണെന്ന് കരുതുക:
ഈ സാഹചര്യത്തിൽ, X- ഉം Y- മൂലകങ്ങളും 90 ഡിഗ്രി ഘട്ടത്തിന് പുറത്താണ്. ഫീൽഡ് മുമ്പത്തെപ്പോലെ വീണ്ടും (X, Y, Z) = (0,0,0) ആയി നിരീക്ഷിച്ചാൽ, വൈദ്യുത മണ്ഡലവും സമയ വക്രവും താഴെ കാണിച്ചിരിക്കുന്നതുപോലെ ചിത്രം 4-ൽ ദൃശ്യമാകും.
ചിത്രം 4. ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ് ശക്തി (X, Y, Z) = (0,0,0) EQ ഡൊമെയ്ൻ. (3).
ചിത്രം 4 ലെ വൈദ്യുത മണ്ഡലം ഒരു വൃത്തത്തിൽ കറങ്ങുന്നു. വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട തരംഗമായാണ് ഇത്തരത്തിലുള്ള ഫീൽഡിനെ വിവരിക്കുന്നത്. വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരണത്തിന്, ഇനിപ്പറയുന്ന മാനദണ്ഡങ്ങൾ പാലിക്കേണ്ടതുണ്ട്:
- വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരണത്തിനുള്ള മാനദണ്ഡം
- വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൽ രണ്ട് ഓർത്തോഗണൽ (ലംബമായ) ഘടകങ്ങൾ ഉണ്ടായിരിക്കണം.
- വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിൻ്റെ ഓർത്തോഗണൽ ഘടകങ്ങൾക്ക് തുല്യ ആംപ്ലിറ്റ്യൂഡുകൾ ഉണ്ടായിരിക്കണം.
- ക്വാഡ്രേച്ചർ ഘടകങ്ങൾ ഘട്ടത്തിന് പുറത്ത് 90 ഡിഗ്രി ആയിരിക്കണം.
വേവ് ചിത്രം 4 സ്‌ക്രീനിൽ സഞ്ചരിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഫീൽഡ് റൊട്ടേഷൻ എതിർ ഘടികാരദിശയിലും വലത് കൈ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരണത്തിലും (RHCP) ആണെന്ന് പറയപ്പെടുന്നു. ഫീൽഡ് ഘടികാരദിശയിൽ തിരിക്കുകയാണെങ്കിൽ, ഫീൽഡ് ഇടത്-കൈയ്യൻ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരണം (LHCP) ആയിരിക്കും.
ദീർഘവൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരണം
വൈദ്യുത മണ്ഡലത്തിന് രണ്ട് ലംബ ഘടകങ്ങൾ ഉണ്ടെങ്കിൽ, 90 ഡിഗ്രി ഔട്ട് ഓഫ് ഫേസ് എന്നാൽ തുല്യമായ കാന്തിമാനം, ഫീൽഡ് ദീർഘവൃത്താകൃതിയിൽ ധ്രുവീകരിക്കപ്പെടും. സമവാക്യം (4) വിവരിച്ച +z ദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്ന ഒരു വിമാന തരംഗത്തിൻ്റെ വൈദ്യുത മണ്ഡലം പരിഗണിക്കുമ്പോൾ:
വൈദ്യുത ഫീൽഡ് വെക്റ്ററിൻ്റെ അഗ്രം അനുമാനിക്കുന്ന ബിന്ദുവിൻ്റെ സ്ഥാനം ചിത്രം 5 ൽ നൽകിയിരിക്കുന്നു
ചിത്രം 5. പ്രോംപ്റ്റ് എലിപ്റ്റിക്കൽ പോളറൈസേഷൻ വേവ് ഇലക്ട്രിക് ഫീൽഡ്. (4).
ചിത്രം 5-ലെ ഫീൽഡ്, എതിർ ഘടികാരദിശയിൽ സഞ്ചരിക്കുന്നു, സ്ക്രീനിന് പുറത്തേക്ക് സഞ്ചരിക്കുകയാണെങ്കിൽ വലത് കൈ ദീർഘവൃത്താകൃതിയിലായിരിക്കും. വൈദ്യുത ഫീൽഡ് വെക്റ്റർ വിപരീത ദിശയിൽ കറങ്ങുകയാണെങ്കിൽ, ഫീൽഡ് ഇടത് കൈകൊണ്ട് ദീർഘവൃത്താകൃതിയിലായിരിക്കും.
കൂടാതെ, ദീർഘവൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരണം അതിൻ്റെ ഉത്കേന്ദ്രതയെ സൂചിപ്പിക്കുന്നു. വലുതും ചെറുതുമായ അക്ഷങ്ങളുടെ വ്യാപ്തിയിലേക്കുള്ള ഉത്കേന്ദ്രതയുടെ അനുപാതം. ഉദാഹരണത്തിന്, (4) സമവാക്യത്തിൽ നിന്നുള്ള തരംഗ ഉത്കേന്ദ്രത 1/0.3= 3.33 ആണ്. ദീർഘവൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട തരംഗങ്ങളെ പ്രധാന അച്ചുതണ്ടിൻ്റെ ദിശയിൽ കൂടുതൽ വിവരിക്കുന്നു. തരംഗ സമവാക്യത്തിന് (4) പ്രാഥമികമായി x-അക്ഷം അടങ്ങുന്ന ഒരു അക്ഷമുണ്ട്. പ്രധാന അക്ഷം ഏത് തലം കോണിലും ആകാം എന്നത് ശ്രദ്ധിക്കുക. X, Y അല്ലെങ്കിൽ Z അക്ഷത്തിന് അനുയോജ്യമാക്കുന്നതിന് ആംഗിൾ ആവശ്യമില്ല. അവസാനമായി, വൃത്താകൃതിയിലുള്ളതും രേഖീയവുമായ ധ്രുവീകരണം ദീർഘവൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരണത്തിൻ്റെ പ്രത്യേക സാഹചര്യങ്ങളാണെന്നത് ശ്രദ്ധിക്കേണ്ടതാണ്. 1.0 എക്സെൻട്രിക് എലിപ്റ്റിക്കലി പോളറൈസ്ഡ് വേവ് ഒരു വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട തരംഗമാണ്. അനന്തമായ ഉത്കേന്ദ്രതയുള്ള ദീർഘവൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീയ തരംഗങ്ങൾ. രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട തരംഗങ്ങൾ.
ആൻ്റിന ധ്രുവീകരണം
ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട പ്ലെയിൻ വേവ് വൈദ്യുതകാന്തിക മണ്ഡലങ്ങളെക്കുറിച്ച് ഇപ്പോൾ നമുക്ക് അറിയാം, ആൻ്റിനയുടെ ധ്രുവീകരണം ലളിതമായി നിർവചിക്കപ്പെട്ടിരിക്കുന്നു.
ആൻ്റിന ധ്രുവീകരണം ഒരു ആൻ്റിന ഫാർ-ഫീൽഡ് മൂല്യനിർണ്ണയം, തത്ഫലമായുണ്ടാകുന്ന വികിരണ ഫീൽഡിൻ്റെ ധ്രുവീകരണം. അതിനാൽ, ആൻ്റിനകൾ പലപ്പോഴും "രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട" അല്ലെങ്കിൽ "വലത് കൈ വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട ആൻ്റിനകൾ" എന്ന് പട്ടികപ്പെടുത്തിയിട്ടുണ്ട്.
ആൻ്റിന ആശയവിനിമയങ്ങൾക്ക് ഈ ലളിതമായ ആശയം പ്രധാനമാണ്. ആദ്യം, തിരശ്ചീനമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട ആൻ്റിന ലംബമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട ആൻ്റിനയുമായി ആശയവിനിമയം നടത്തില്ല. റിസിപ്രോസിറ്റി സിദ്ധാന്തം കാരണം, ആൻ്റിന കൃത്യമായി അതേ രീതിയിൽ പ്രക്ഷേപണം ചെയ്യുകയും സ്വീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, ലംബമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട ആൻ്റിനകൾ ലംബമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട ഫീൽഡുകൾ കൈമാറുകയും സ്വീകരിക്കുകയും ചെയ്യുന്നു. അതിനാൽ, നിങ്ങൾ ലംബമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട തിരശ്ചീനമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട ആൻ്റിന കൈമാറാൻ ശ്രമിച്ചാൽ, സ്വീകരണം ഉണ്ടാകില്ല.
പൊതുവായ സാഹചര്യത്തിൽ, ഒരു ആംഗിൾ ( ) ഉപയോഗിച്ച് പരസ്പരം ആപേക്ഷികമായി തിരിക്കുന്ന രണ്ട് രേഖീയ ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട ആൻ്റിനകൾക്ക്, ഈ ധ്രുവീകരണ പൊരുത്തക്കേട് മൂലമുള്ള വൈദ്യുതി നഷ്ടം ധ്രുവീകരണ നഷ്ട ഘടകം (PLF) വഴി വിവരിക്കും:
അതിനാൽ, രണ്ട് ആൻ്റിനകൾക്ക് ഒരേ ധ്രുവീകരണം ഉണ്ടെങ്കിൽ, അവയുടെ വികിരണം ചെയ്യുന്ന ഇലക്ട്രോൺ ഫീൽഡുകൾ തമ്മിലുള്ള കോൺ പൂജ്യമാണ്, ധ്രുവീകരണ പൊരുത്തക്കേട് കാരണം വൈദ്യുതി നഷ്ടം ഉണ്ടാകില്ല. ഒരു ആൻ്റിന ലംബമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെടുകയും മറ്റൊന്ന് തിരശ്ചീനമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെടുകയും ചെയ്താൽ, ആംഗിൾ 90 ഡിഗ്രിയാണ്, വൈദ്യുതി കൈമാറ്റം ചെയ്യപ്പെടില്ല.
ശ്രദ്ധിക്കുക: നിങ്ങളുടെ തലയ്ക്ക് മുകളിലൂടെ ഫോൺ വ്യത്യസ്ത കോണുകളിലേക്ക് നീക്കുന്നത് എന്തുകൊണ്ടാണ് സ്വീകരണം ചിലപ്പോൾ വർദ്ധിപ്പിക്കുന്നത് എന്ന് വിശദീകരിക്കുന്നു. സെൽ ഫോൺ ആൻ്റിനകൾ സാധാരണയായി രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ടവയാണ്, അതിനാൽ ഫോൺ തിരിക്കുന്നത് പലപ്പോഴും ഫോണിൻ്റെ ധ്രുവീകരണവുമായി പൊരുത്തപ്പെടും, അങ്ങനെ സ്വീകരണം മെച്ചപ്പെടുത്തുന്നു.
വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരണം പല ആൻ്റിനകളുടെയും അഭികാമ്യമായ സ്വഭാവമാണ്. രണ്ട് ആൻ്റിനകളും വൃത്താകൃതിയിൽ ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ടവയാണ്, ധ്രുവീകരണ പൊരുത്തക്കേട് കാരണം സിഗ്നൽ നഷ്ടപ്പെടുന്നില്ല. ജിപിഎസ് സിസ്റ്റങ്ങളിൽ ഉപയോഗിക്കുന്ന ആൻ്റിനകൾ വലതുവശത്ത് വൃത്താകൃതിയിൽ ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ടവയാണ്.
ഇപ്പോൾ രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട ആൻ്റിനയ്ക്ക് വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട തരംഗങ്ങൾ ലഭിക്കുന്നുവെന്ന് കരുതുക. തത്തുല്യമായി, ഒരു വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട ആൻ്റിന രേഖീയ ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട തരംഗങ്ങൾ സ്വീകരിക്കാൻ ശ്രമിക്കുന്നതായി കരുതുക. ഫലമായുണ്ടാകുന്ന ധ്രുവീകരണ നഷ്ട ഘടകം എന്താണ്?
വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരണം യഥാർത്ഥത്തിൽ രണ്ട് ഓർത്തോഗണൽ രേഖീയ ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട തരംഗങ്ങളാണെന്ന് ഓർക്കുക, ഘട്ടത്തിന് 90 ഡിഗ്രി പുറത്ത്. അതിനാൽ, രേഖീയമായി ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട (എൽപി) ആൻ്റിനയ്ക്ക് വൃത്താകൃതിയിലുള്ള ധ്രുവീകരിക്കപ്പെട്ട (സിപി) വേവ് ഫേസ് ഘടകം മാത്രമേ ലഭിക്കൂ. അതിനാൽ, LP ആൻ്റിനയ്ക്ക് 0.5 (-3dB) എന്ന ധ്രുവീകരണ പൊരുത്തക്കേട് നഷ്ടപ്പെടും. എൽപി ആൻ്റിന ഏത് ആംഗിളിൽ കറങ്ങിയാലും ഇത് ശരിയാണ്. അതുകൊണ്ട്:
ധ്രുവീകരണ നഷ്ട ഘടകം ചിലപ്പോൾ ധ്രുവീകരണ കാര്യക്ഷമത, ആൻ്റിന പൊരുത്തക്കേട് ഘടകം അല്ലെങ്കിൽ ആൻ്റിന റിസപ്ഷൻ ഘടകം എന്നിങ്ങനെ വിളിക്കപ്പെടുന്നു. ഈ പേരുകളെല്ലാം ഒരേ ആശയത്തെയാണ് സൂചിപ്പിക്കുന്നത്.
പോസ്റ്റ് സമയം: ഡിസംബർ-22-2023
