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垂直极化

垂直极化是指电场矢量在一个固定的平面内沿一个固定的方向振动,则称该电磁波是偏振的,包含电场矢量E的平面称为偏振面。偏振在微波遥感中称为极化。雷达系统的极化有水平极化和垂直极化两种方式。当雷达波的电场矢量平行于波束入射面时,称为垂直极化,用V 表示。 [1]

由于电波的特性,决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流,极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减,而垂直极化方式则不易产生极化电流,从而避免了能量的大幅衰减,保证了信号的有效传播。因此,在移动通信系统中,一般均采用垂直极化的传播方式。

移动数字电视是当前广电行业最为令人关注的事情。这正是由于数字电视在地面传输中,克服了模拟电视的局限性(如重影),从而使数字电视的移动接收成为可能。随着各种地面标准的不断完善,接收机性能的提高,使得数字电视的移动接收正在从车载台向手持机过渡。而且可支持接收机的移动速度高达每小时300 多公里。正是由于移动接收的要求和移动本身的无规则性,对接收天线的要求应该是全向接收。也就是说,我们不可能采用定向天线来随时调整方向,以跟踪发射台的来波信号。因为这样做,接收机的成本就太高了。而对于全向天线来说,最简单、最经济的就是垂直极化鞭状天线(天线振子轴向与地面垂直)。这种天线在调频接收和移动通信接收中是常用的。伴随而来的问题是,发射台所用的发射天线的极化形式是什么呢?应该也是垂直极化。因为如果所用天线为水平极化,则这种收、发天线的极化方向的正交性所带来的极化损失是相当可观的。 [2]

电波在空间传播时,其电场矢量的瞬时取向称为极化。极化方式有两类:一种是线极化,一种是圆极化。其中在线极化方式下又分为水平极化和垂直极化;在圆极化方式下又分左旋圆极化和右旋圆极化。如果电波传播时电场矢量的空间描出轨迹为一直线,它始终在一个平面内传播,则称为线极化波。线极化波又有水平极化波和垂直极化波之分。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。

电波的极化特性取决于发射天馈系统的极化特性。接收天线必须与发射天线具有相同的极化和旋向特性,以实现极化匹配,从而接收全部能量。若部分匹配,则只能接收部分能量。

卫星的下行信号使用有垂直极化和水平极化两种信号,目的是避免同频干扰。相同频率可以分别使用垂直和水平极化发射而互不干扰。这样就达到了增加卫星容量之目的。 同样接收端也使用垂直和水平高频头来接收相应的节信号节目了。普通高频头里面有两条探针,分别是接收水平和垂直信号而设计。通过接收机输出的电压来切换高频头里面的信号了。

地面传输,引发了对垂直极化接收天线的要求。为避免极化损失,发射天线也应为垂直极化。在远区,垂直极化波与水平极化波有近乎相同的传输特性。板状垂直极化定向天线和全向单偶极天线可以满足用户对数字电视地面传输的要求。

当接收天线为垂直极化天线时,发射天线也理应为垂直极化天线。如果此时发射天线为水平极化,则接收天线所接收到的入射波功率将大为减弱。尽管电波在传播的过程中遇到不规则的反射(凹凸地面的反射、楼房多角度的反射),可以改变入射波电场的极化方向,但对于以视距范围这种短距离服务为对象的数字移动电视来说,这种改变是不足以支持我们采用水平极化天线作为发射天线的。

从电波传播的角度来看,任一点所接收到的场强为直达波和反射波的叠加。测量表明,采用图1 的双射线模型(直达波和地面反射波),对估计平坦地面上的路径增益(损耗)是足够的。 [2]

多层垂直极化偶极子天线以其增益较高、安装简单、维护方便等优点深受广播电视行业认可,特别是在调频广播行业广泛使用。安装调试方法,对获得最佳的天线指标,取得最大的发射效率起到至关重要的作用。 [3]


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