一文看懂天线极化

　　一、电磁波的极化
　　电磁波的极化是指，在空间某位置上，沿电磁场的传播方向看去，其电场矢量在空间的取向随时间变化所描绘的轨迹。主要分为线极化，圆极化与椭圆极化：
　　1、线极化：
　　电场矢量沿着一条线做往复运动，称之为线极化。
　　2、圆极化
　　电场矢量的大小不变，其末端做圆周运动，称之为圆极化电磁波。分为左旋圆极化和右旋圆极化。
　　3、椭圆极化
　　电场矢量的大小随时间变化，其末端的运动轨迹是椭圆，称之为椭圆极化电磁波。分为左旋椭圆极化与右旋椭圆极化。
　　电磁波的线极化、圆极化与椭圆极化
　　左旋（椭）圆极化与右旋（椭）圆极化定义及判断方法：
　　一个椭圆的或圆的极化波，它的电场向量在任一正交于传播方向的固定平面内，沿着传播方向观察时，随着时间沿右手（左手）或顺时针方向（逆时针方向）旋转。
　　判断（椭）圆极化旋向的方法：右手拇指指向电磁波的传播方向，四指指向电场旋转的方向，符合右手定则的称之为右旋（椭）圆极化；反之，符合左手定则的称之为左旋（椭）圆极化。
　　二、天线的极化
　　天线的极化即辐射或接收的电磁波的电场极化，通常定义为：在最大增益方向上，作为发射天线时辐射电磁波的极化，或作接收时能使天线终端得到最大可用功率方向的入射电磁波的极化。极化电磁波的电场方向称为极化方向。极化电磁波的极化方向与传播方向所构成的平面称为极化面。天线的极化在各个方向并非保持恒定，所以天线的极化在其最大指向方向定义才具有意义。
　　若以地面为参考面，线极化可分为垂直极化和水平极化。天线的极化方向垂直于地面时，称之为垂直极化；极化方向平行于地面时，称之为水平极化。
　　极化天线的应用   移动通信系统通常用垂直极化（移动通信的基站天线，也会使用极化方向与地面成45 夹角，称之为+45 极化或-45 极化），广播系统常用水平极化。  在一般的通讯和雷达中多采用线极化天线，常见的线极化天线有八木天线、角锥喇叭天线和对称振子天线。  在电子对抗和侦察设备中或通讯设备处于剧烈摆动和高速旋转的飞行器上等应用中则可采用圆极化天线。平面阿基米德螺旋天线、等角螺旋天线和轴向模圆柱螺旋天线等则是典型的圆极化天线。  椭圆极化可以分解为两个幅度不同、旋向相反的圆极化波，或分解为两个幅度和相位均不相同的正交线极化波。通常不采用椭圆极化天线，只有在圆极化天线设计不完善时才出现椭圆极化天线。
　　三、极化匹配与极化损失
　　通常情况下，在天线增益最大指向对准的情况下，接收天线只能接收与发射天线极化相同的电磁波，这称之为极化匹配。只有接收天线与发射天线极化匹配时，才能接收到最大的能量，否则会出现接收功率的损失，这称之为极化损失。例如，垂直极化的接收天线在接收垂直极化的发射天线辐射的电磁波时才能获得最大的功率。
　　接收天线与发射天线的极化匹配与极化损失
　　如上图所示的是线极化天线的不匹配的情况，当接收天线与发射天线有一个夹角φ时，接收天线接收到的功率会有极化损失。
　　极化损失常用极化损失系数K 来表示，也称为极化效率，定义为接收天线接收到的功率与同方向、同强度且极化匹配条件下接收天线接收到的功率之比（K值越大，极化效率越高，极化损失越小）。
　　下表给出了几种不同接收天线极化与发射天线极化情况下的极化损失系数。
　　表 1
　　发射天线
　　接收天线
　　极化损失系数K 垂直极化 /
　　水平极化垂直极化 /
　　水平极化
　　1垂直极化 /
　　水平极化水平极化 /
　　垂直极化
　　0
　　垂直或水平极化
　　圆极化
　　1/2
　　左/右旋圆极化
　　左/右旋圆极化
　　1
　　左/右旋圆极化
　　右/左旋圆极化
　　0
　　当接收天线的极化方向（例如水平或右旋圆极化）与来波的极化方向（相应为垂直或左旋圆极化）完全正交时，接收天线也就完全接收不到来波的能量，这时称发射天线与接收天线是极化隔离的。