8.? ? 極化特性——線極化、圓極化、軸比

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天線向周圍空間輻射電磁波。電磁波由電場(chǎng)和磁場(chǎng)構(gòu)成。人們規(guī)定：電場(chǎng)的方向就是天線極化方向。一般使用的天線為單極化天線，也稱為線極化（Linear polarized）天線。圖2-25給出了兩種基本的單極化的情況，圖2-25（a）為垂直極化，是最常用的單極化天線；圖2-25（b）為水平極化，也經(jīng)常被用到。

圖2-25 兩種基本的單極化特性示意圖

當(dāng)一個(gè)天線同時(shí)存在兩種極化的時(shí)候，我們叫做雙極化天線，當(dāng)水平極化和垂直極化相位差90°時(shí)，電場(chǎng)磁場(chǎng)相互轉(zhuǎn)換旋轉(zhuǎn)向前輻射，這樣就是圓極化天線（Circular Polarized）。如圖2-26所示為在X軸方向和Y軸方向隨時(shí)間變化的線極化矢量，從而形成了圓極化輻射。

圖2-26 x/y軸線極化矢量圖

對(duì)于一般的情況，即正弦時(shí)間變化矢量的兩個(gè)分量（水平極化和垂直極化）的大小、方向和相位均為任意大小，合成矢量的末端軌跡是一個(gè)橢圓，它們的合成矢量就是橢圓極化?？偟膩?lái)說(shuō)，電磁波的極化類型分為線極化、橢圓極化和圓極化。極化波的合成矢量軌跡分別如圖2-27所示。

圖2-27 極化波

既然橢圓極化兩個(gè)極化矢量（垂直極化和水平極化）大小存在差異（沒(méi)有絕對(duì)的圓極化天線），那么這里提出一個(gè)概念軸比AR（AxisRatio）定義為：? ??

如圖2-28所示：其中OA是半長(zhǎng)軸，OB是半短軸。

如果用分貝表示則有

圖2-28 傾角為的橢圓極化

為了反映極化波的旋向，規(guī)定AR具有正、負(fù)號(hào)：對(duì)左旋波，AR的符號(hào)為正；對(duì)右旋波，AR的符號(hào)為負(fù)。這樣，由軸比AR和傾角便確定了任一極化狀態(tài)。

圓極化天線的基本電參數(shù)就是它所輻射的電磁波的軸比\AR\，一般是指其最大增益方向上的軸比。對(duì)于圓極化波，\AR\=1，即0dB。軸比\AR\不大于3dB的帶寬定義為天線的圓極化帶寬。在進(jìn)行RFID天線的設(shè)計(jì)時(shí)，軸比小于3的圓極化天線都被認(rèn)為實(shí)現(xiàn)良好的圓極化。

圓極化波具有以下重要性質(zhì)：

①? ? ?圓極化波是一個(gè)等幅的瞬時(shí)旋轉(zhuǎn)場(chǎng)。即沿其傳播方向看去，波的瞬時(shí)電場(chǎng)矢量的端點(diǎn)軌跡是一個(gè)圓。若瞬時(shí)電場(chǎng)矢量沿傳播方向按左手螺旋的方向旋轉(zhuǎn)，則稱之為左旋圓極化波；若沿傳播方向按右手螺旋旋轉(zhuǎn)，則稱之為右旋圓極化波。

②? ? ?一個(gè)圓極化波可以分解為兩個(gè)在空間上和在時(shí)間上均正交的等幅線極化波。由此，實(shí)現(xiàn)圓極化天線的基本原理就是：產(chǎn)生兩個(gè)空間上正交的線極化電場(chǎng)分量，并使二者振幅相等、相位相差90°。

③? ? ?任意極化波都可以分解成兩個(gè)旋向相反的圓極化波。比如，一個(gè)線極化波可以分解成兩個(gè)旋向相反、振幅相等的圓極化波。因此，任意極化的來(lái)波都可由圓極化波天線接收；同樣，圓極化天線輻射的圓極化波也可以由任意極化的天線接收。在超高頻RFID某些應(yīng)用中，比如機(jī)場(chǎng)行李處理系統(tǒng)，為了能在特定范圍內(nèi)提供高方向性和窄波束來(lái)更好識(shí)別物體，閱讀器天線一般設(shè)計(jì)成線極化，而由于標(biāo)簽擺放的方向不定，為了滿足閱讀器天線極化特性要求必須實(shí)現(xiàn)標(biāo)簽天線的圓極化。

④? ? ?天線若輻射左旋圓極化波，則只能接收左旋圓極化波而不能接收右旋圓極化波；反之，若天線輻射右旋圓極化波，則只能接收右旋圓極化波而不能接收左旋圓極化波。這稱為圓極化天線的旋向正交性。在超高頻RFID系統(tǒng)應(yīng)用中應(yīng)注意天線的極化特性。

⑤? ? ?圓極化波入射到對(duì)稱目標(biāo)（如平面、球面等）時(shí)，反射波會(huì)變?yōu)榉葱虻?。即左旋變右旋，右旋變左旋。根?jù)這個(gè)性質(zhì)，采用圓極化波工作的雷達(dá)具有抑制雨霧干擾的能力。由于不同的物體對(duì)波具有不同的反射特性，用圓極化波照射物體，分析接收的反射波可以知道物體的特性，因此，圓極化天線在目標(biāo)識(shí)別中也有著廣泛的應(yīng)用。

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