Filtru CPL cu polarizare circulară. Lecții de fotografie. Polarizarea undelor electromagnetice
Ce este polarizarea circulară?
Polarizarea circulară este rotația vectorului negru E-intensitatea câmpului electric cu o frecvență de 4.000.000.000 de rotații pe secundă (pentru banda C).
Vectorul E de polarizare circulară poate fi reprezentat ca doi vectori ortogonali, H și V, a căror mărime se modifică constant pe măsură ce vectorul negru se rotește. Din figură se poate observa că dacă luăm unul dintre vectorii ortogonali în loc de un vector rotativ, atunci mărimea semnalului va fi la jumătate mai mare. Prin urmare, dacă un convertor liniar primește un semnal cu polarizare circulară, pierderea va fi de 3 dB. Prin urmare, pentru a primi întregul semnal, este necesar să convertiți polarizarea circulară în liniară, pentru aceasta se folosește un depolarizator. Un dielectric poate fi folosit ca depolarizator.
Dacă polarizatorul dielectric este situat la un unghi de 45 de grade, vectorii H și V la ieșirea depolarizatorului se adaugă într-o fază datorită întârzierii și accelerației componentelor H și V din dielectric. Astfel, mărimea vectorului E este de două ori mai mare decât vectorii V și H. În funcție de unghiul polarizatorului dielectric față de electrodul convertor, se va adopta polarizarea circulară de rotație la dreapta sau la stânga. Deoarece Un dielectric situat perpendicular sau longitudinal pe vectorii H și V nu îi afectează, apoi folosind un polarizator mecanic sau magnetic este posibil să se creeze un convertor care acceptă toate tipurile de polarizare. Un astfel de convertor va funcționa pe o antenă de satelit orientată fix către un satelit, care, de regulă, nu are sens, sau pe o antenă cu suspensie polară. Ghidul de undă al convertorului de pe o antenă cu suspensie polară se rotește în funcție de direcția antenei, iar unghiul de rotație al convertorului este determinat de designul mecanic al antenei. Acum, dacă trebuie să acceptați polarizarea circulară, atunci trebuie să instalați electrodul polarizator la un unghi de 45 de grade. la dielectric, iar dacă polarizare liniară, atunci paralel sau perpendicular pe dielectric.
Cu această aranjare a electrodului se va presupune polarizarea circulară.
HellasSat
Unghi: 39 est
Trupa: Ku
Frecvență: 11630 MHz
Polarizare: orizontală
Rata simbolului: 20.500 Msps
NSS 6
Unghi: 95 est
Trupa: Ku
Frecvență: 11017 MHz
Polarizare: verticală
Rata simbolului: 10.500 Msps
Express AM1 îngust
Unghi: 40 est
Trupa: Ku
Frecvență: 11656,75 MHz
Polarizare: verticală
Rata simbolului: 20.802 Msps
Express AM22
Unghi: 53 est
Trupa: Ku
Frecvență: 10974,4 MHz
Polarizare: verticală
Rata simbolului: 32.223 Msps
NSS 6
Unghi: 95 est
Trupa: Ku
Frecvență: 11017,4 MHz
Polarizare: verticală
Rata simbolului: 10.500 Msps
ABS1
Unghi: 75 est
Trupa: Ku
Frecvență: 12609 MHz
Polarizare: verticală
Rata simbolului: 22.000 Msps
HellasSat2
Unghi: 39 est
Trupa: Ku
Frecvență: 11512 MHz
Polarizare: orizontală
Rata simbolului: 30.000 Msps
Eutelsat W6
Unghi: 21,5 est
Trupa: Ku
Frecvență: 11435 MHz
Polarizare: orizontală
Rata simbolului: 28.782 Msps
Telstar 12
Unghi: 15W
Trupa: Ku
Frecventa: 11000 MHz
Polarizare: verticală
Rata simbolului: 6.336 Msps
Yamal 200 90E
Pagina 2
Polarizarea circulară corespunde unei valori constante a fem, indiferent de unghiul de rotație al antenei.
| Design optic pentru măsurarea CD-ului. Radiația intră din stânga, este deviată în jos de oglinzile M și M, este plană polarizată de prisma compozită P și trece prin paralelipipedul Fresnel R, unde este supusă la două reflexii interne, ceea ce duce la o defazare de un sfert. lungime de undă, adică la polarizare circulară. Folosind ecranul A, radiațiile nedorite sunt eliminate și radiațiile necesare sunt trecute prin. Acest întreg circuit este plasat în compartimentul cuvetă al spectrofotometrelor standard, al doilea circuit (cu orientarea opusă este necesar pentru comparație. Proba este plasată în punctul b când se măsoară CD sau în punctul a când se studiază transmiterea radiației polarizate plane. |
Polarizarea circulară se realizează în două etape. În primul rând, fluxul de radiație trebuie să fie polarizat în plan, iar apoi fluxul polarizat trebuie să fie trecut printr-un dispozitiv care îl descompune în componente cu polarizare circulară dreapta și stânga. Apoi, una dintre componente ar trebui să fie deplasată în fază cu un sfert din lungimea de undă. Cele mai importante sunt trei tipuri de dispozitive de polarizare circulară: paralelipipedul Fresnel, modulatorul electro-optic Pockels și modulatorul fotoelastic.
Polarizarea circulară, iar unda reflectată este polarizarea circulară a semnului opus, care se datorează unei schimbări a direcției de propagare a acesteia spre opus cu aceeași direcție de rotație a vectorului E în spațiu.
Polarizarea circulară poate fi realizată prin trecerea luminii polarizate liniar printr-o placă cu un sfert de undă, astfel încât planul de polarizare al fasciculului incident să facă un unghi de 45 cu direcțiile principale ale plăcii. Prin urmare, se face o distincție între polarizarea eliptică (circulară) stângă și dreaptă.
O undă polarizată circular poate fi definită ca o radiație în care vectorul unui câmp electric de amplitudine constantă se rotește în jurul direcției de propagare, făcând o revoluție pe perioadă a frecvenței de oscilație.
Excitatorul de polarizare circulară este o secțiune a unui ghid de undă dreptunghiular, pe peretele larg al căruia este atașat un ghid de undă rotund, conectat la acesta prin trei fante de cuplare.
Direcția de polarizare circulară poate fi inversată prin schimbarea polarizării luminii incidente cu 90.
Conversia polarizării circulare în liniară se realizează prin introducerea, folosind un dispozitiv, a unei diferențe de fază suplimentare b l/2 a două unde polarizate în direcții reciproc perpendiculare. În mod obișnuit, în acest scop se folosește o placă cu un sfert de lungime de undă (vezi capitolul. O prismă Fresnel servește de fapt și ca un dispozitiv care introduce o diferență de fază suplimentară între două unde polarizate în direcții reciproc perpendiculare. Această metodă are avantajul că defazarea obținută depinde puțin de lungimea de undă a luminii incidente.
Cu polarizarea circulară, lungimea vectorului nu se modifică. Cele mai comune tipuri de polarizare sunt verticale și orizontale.
O undă polarizată circular este incidentă pe o antenă polarizată circular.
O antenă polarizată circular poate fi, desigur, utilizată și pentru a recepționa unde polarizate liniar, la fel cum o antenă polarizată liniar poate fi folosită pentru a recepționa unde polarizate circular.
Excitatorul de polarizare circulară este o secțiune a unui ghid de undă dreptunghiular, pe peretele larg al căruia este atașat un ghid de undă rotund, conectat la acesta prin trei fante de cuplare. Dispunerea fantelor este concepută astfel încât să asigure excitarea undelor înainte și înapoi de polarizare circulară, indiferent de frecvență, pe toată gama de frecvență de funcționare a dispozitivului. Pe peretele lat există o sondă de comunicare cu trecere la un conector coaxial.
§8. Producerea de lumină cu polarizare eliptică sau circulară
Pentru a demonstra această afirmație, luați în considerare suprapunerea a două unde de aceeași frecvență, polarizate în planuri reciproc perpendiculare, ceea ce este echivalent cu descompunerea unei unde monocromatice arbitrare în două componente reciproc ortogonale.
Ecuații de unde
Unde φ - defazare între unde.
Ecuațiile (1) sunt ecuația unei elipse în formă parametrică. Pentru a verifica acest lucru, să excludem parametrul timp din aceste ecuații t.
Pentru a face acest lucru, scriem ecuațiile sub forma
Punând la pătrat ecuațiile (2) și (4) și folosind identitatea, obținem
De unde după transformări
Aceasta este ecuația unei elipse înscrise într-un dreptunghi cu laturile 2 A Xși 2 A y(Vezi poza)
La φ =π /2 și A X =A y =A elipsa degenerează într-un cerc, iar când φ =π m, Unde m= 0, 1, 2, … -într-un segment drept:
Astfel, polarizarea eliptică este un caz general de polarizare a unei unde monocromatice, din care polarizarea circulară și liniară a undelor sunt cazuri speciale.
§9. Birefringență. Metode de producere a luminii polarizate liniar
În natură, există cristale izotrope și anizotrope (uniaxiale și biaxiale). Într-un cristal izotrop, viteza undei luminii este aceeași în toate direcțiile. Într-un cristal uniaxial anizotrop, după cum arată experiența, apar două valuri: comun(o-undă) și extraordinar(undă electronică). Două valuri extraordinare apar în cristale biaxiale.
Într-un cristal uniaxial viteza v o propagarea undei O este aceeași în direcții diferite, iar viteza de propagare a undei e v e-variat. Prin urmare, partea frontală a undei O este sferică, iar partea frontală a undei e este eliptică. În funcție de tipul de cristal este posibil v e >v o(cristal negativ) sau v e >v o(cristal pozitiv).
Există o direcție în cristal în care vitezele v eȘi v o valurile obișnuite și extraordinare sunt aceleași. Această direcție se numește axa optică cristal. În direcția axei optice, fronturile undelor o și e (sferă și elipsoid) se ating. Se numește orice plan paralel cu axa optică a cristalului secțiunea principală cristal.Dacă o rază de lumină este aplicată la limita unui cristal uniaxial, atunci la limita acestuia se formează două raze refractate: obișnuite (raze O) și extraordinare (raze e), corespunzătoare undelor o și e din cristalul. Acest fenomen se numește birefringenta.
Se dovedește că razele o și e polarizat liniar. Mai mult decât atât, raza O este polarizată într-un plan perpendicular pe planul secțiunii principale a cristalului, iar raza E este paralelă cu secțiunea principală (vezi figura).Raza O respectă legea obișnuită a refracției: dar e-ray nu. Prin urmare, dacă un fascicul de lumină cade pe un cristal uniaxial perpendicular pe granița acestuia, atunci raza O rezultată nu este refractă, ci raza e este refractă. Dacă un obturator este plasat pe calea razei o sau e la ieșirea cristalului, atunci o rază o sau e-ray polarizată liniar va rămâne la ieșirea sa.
Dacă un cristal este tăiat astfel încât axa sa optică să fie paralelă cu limita cristalului și o rază de lumină cade pe cristal perpendicular pe graniță, atunci razele o și e formate în cristal nu sunt refractate. În acest caz, două unde se vor propaga în cristal într-o direcție, perpendiculară pe axa optică, polarizate în două plane reciproc perpendiculare.
Viteza de propagare a acestor unde v oȘi v e sunt diferite. Prin urmare, la trecerea prin cristal, aceste unde se vor deplasa unele față de altele și va apărea o anumită diferență de fază între ele φ , în funcție de grosimea cristalului. După cum s-a arătat, adăugarea a două unde de aceeași frecvență, polarizate în două plane reciproc perpendiculare, dă în general o undă polarizată eliptic de aceeași frecvență.
În special, la ieșirea cristalului poate fi obținută o undă polarizată circular sau liniar. Această problemă va fi analizată în detaliu după studierea interferenței și difracției undelor.
Există cristale uniaxiale care absorb vibrațiile perpendiculare pe axa optică a cristalului, adică. absorbind unde obișnuite. Astfel de cristale se numesc polaroid (de exemplu, Nicole[Prisma Nicolas]). Ieșirea polaroidului va fi întotdeauna lumină polarizată liniar într-un plan paralel cu axa optică a cristalului.
Lăsați în direcția axei OZ două unde electromagnetice se propagă. Intensitatea câmpului electric al unei unde oscilează în direcția axei OYîn lege EY(z, t)= Eozină (kz-wt), iar celălalt - în direcția axei BOUîn lege Ex(z, t)= Eocos (kz-wt).Faza oscilaţiilor undei cu un câmp electric orientat de-a lungul axei BOU, rămâne în urmă p/2 din faza altui val. Să aflăm natura oscilațiilor vectorului de tensiune al undei rezultate.
Puteți pur și simplu să vă asigurați că modulul undei rezultate nu se modifică în timp și este întotdeauna egal cu Eo. Tangenta unghiului dintre axe BOUși vectorul intensității câmpului electric în punct z egală
tgj===tg(kz-wt). (1)
Din (1) rezultă că unghiul dintre vectorul intensității câmpului electric al undei și axă OX-j- se modifica in timp conform legii j(t)=kz-greutate.Vectorul intensității câmpului electric se rotește uniform cu o viteză unghiulară egală cu w. Capătul vectorului intensității câmpului electric se deplasează de-a lungul unei spirale (vezi Figura 27). Dacă te uiți la modificarea vectorului de intensitate de la origine în direcția de propagare a undei, atunci rotația are loc în sensul acelor de ceasornic, adică. în direcția vectorului de inducție magnetică. O astfel de undă se numește polarizat circular drept.
O undă electromagnetică cu polarizare circulară, incidentă pe o substanță, transmite rotația electronilor substanței.
Rezultat: polarizat la dreapta o undă electromagnetică are un moment unghiular direcționat de-a lungul propagării undei, stângaci O undă electromagnetică are un moment unghiular îndreptat împotriva propagării undei. Acest rezultat va fi folosit în studiul fizicii cuantice.
Când se adaugă unde plane de polarizare liniară cu planuri orientate în unghi drept și cu o schimbare de fază arbitrară A, modificarea rezultată a vectorului tensiune într-un punct dat z poate fi rotație cu schimbare periodică simultană a modulului. Capătul vectorului intensității câmpului electric al undei în acest caz se mișcă de-a lungul unei elipse. Polarizarea de acest tip se numește eliptică. Poate fi la stânga sau la dreapta. Figura 29 prezintă traiectoriile sfârșitului vectorului de putere a câmpului electric rezultat a două unde de aceeași amplitudine cu planuri orizontale și verticale de polarizare la diferite valori ale defazajului - de la 0 inainte de p. Când schimbarea de fază este egală cu zero, unda rezultată este polarizată în plan, planul de polarizare formând un unghi. p/4 cu un plan orizontal. Cu o schimbare de fază egală cu p/4, – polarizare eliptică, la p/2– polarizare circulară, la 3p/4– polarizare eliptică, cu p– polarizare liniară.
În cazul în care unda este o sumă de componente polarizate aleator cu un set haotic de schimbări de fază, toate efectele de polarizare se pierd. Ei spun că unda electromagnetică în acest caz nu este polarizată.
Orice antenă, de exemplu, „BOF-5xxx + Reflector” are un anumit sector de radiație. În timpul răspândirii în acest sector, o parte din energia electromagnetică merge în spațiu fără a ajunge la antena receptorului. O parte din energia emisă sub orizont ajunge la suprafața pământului. În acest caz, energia este parțial absorbită de suprafață și parțial reflectată de sol. Acest semnal reflectat lovește și antena de recepție. Însumând în antena de recepție cu o anumită întârziere și cu o fază aleatorie în raport cu semnalul principal, semnalul reflectat este o interferență semnificativă.
O caracteristică a undelor radio cu polarizare eliptică este că atunci când semnalul este reflectat, vectorul său de rotație se schimbă în sens opus.
Fig.2. Schimbarea direcției de rotație la reflectarea unei unde polarizate eliptic.
Semnalul emis cu rotație la dreapta se va roti spre stânga după reflectare. Cu polarizarea liniară, semnalul își păstrează vectorul de polarizare la reflexie.
Fig.3. Modificare a vectorului de polarizare la reflectarea unei unde radio cu polarizare eliptică.
Antenele polarizate circular nu primesc semnale contrarotirii.
Și de aceea, la antena de recepție, semnalul reflectat, acum în polarizare opusă, nu va induce E.M.F. Antena de recepție pur și simplu nu va „vedea” acest semnal.
Atunci când se construiesc canale de comunicație fără fir pe antene polarizate circular, trebuie luată în considerare particularitatea reflectării semnalului în antenele oglindă. Folosind un element activ într-o astfel de antenă care radiază cu rotația la dreapta a polarizării (de exemplu, un flux BOF-2xxx RHCP), veți primi un semnal de la antenă cu un vector de rotație la stânga (LHCP).
Prin urmare, o astfel de antenă (notă: „Dish+BOF-2xxx RHCP”) va funcționa numai cu antene polarizate LHCP. Și, în consecință, invers.
Fig.4. O undă polarizată circular își schimbă vectorul direcțional atunci când este reflectată de un reflector parabolic.
Vă rugăm să rețineți că nu puteți schimba polarizarea prin simpla rotire a antenelor la 90°, așa cum ați putea face cu antenele polarizate liniar. Vectorul de polarizare este setat în timpul procesului de producție a antenei și nu poate fi schimbat de către utilizator.
Prin urmare, luați în considerare configurația rețelei dumneavoastră și posibila dezvoltare (extindere) a acesteia înainte de a comanda echipamente.
Dacă vă este dificil să decideți ce echipament aveți nevoie, contactați-ne. Vom selecta pentru tine doar echipamentele necesare care lucrează între ele. Un set minim de produse optime, fără a „freca” gunoiul inutil.
Un alt avantaj al folosirii antenelor polarizate circular
În condiții ideale, când semnalul se propagă fără obstacole, nu există nicio diferență în modul în care vectorul de polarizare al semnalului este orientat în spațiu.
Într-o situație reală, există o mulțime de obstacole și bariere în calea propagarii unui semnal radio. Unele obstacole permit semnalului să treacă liber, unele sunt parțial atenuate, altele sunt complet sau parțial reflectate sau absorbite iremediabil.
Figura 5 arată clar propagarea undelor radio polarizate liniar, în traseul cărora există obstacole sub forma unei serii de tije metalice paralele situate vertical și orizontal.
Fig.5. Trecerea unui semnal polarizat liniar printr-o serie de bariere metalice paralele.
Undele radio cu polarizare verticală sunt reflectate complet de obstacolele conductoare orientate vertical. Dar, în același timp, un semnal cu polarizare orizontală depășește acest obstacol practic fără atenuare.
Dimpotrivă, o undă radio polarizată orizontal pătrunde nestingherită printr-o serie de bariere metalice verticale.
Doar un obstacol situat la un unghi de 45 de grade reduce nivelul semnalului la jumătate. Mai mult, acest lucru este valabil atât pentru polarizarea verticală, cât și pentru cea orizontală. (Vezi Fig.6)
Orez. 6. Influența interferenței situate la un unghi de 45 de grade asupra propagării semnalului.
În practica reală, o undă polarizată liniar nu poate depăși un număr de obstacole orientate vertical și orizontal.
Deși situația pare „de laborator”, creată artificial, în practică este cea mai comună. În plus, aceleași obstacole nu sunt adesea strict ortogonale, ci dimpotrivă au o serie de variații.
Figura 6 ilustrează clar modificările unui semnal polarizat liniar după trecerea printr-un singur arbore:
Fig.6. Trecerea unui semnal polarizat liniar prin coroana unui singur copac.
Acordați atenție părții care primește. Semnalul către antenă ajunge slăbit; În același timp, sosește un semnal reflectat, și nu în fază cu semnalul principal
Există nu numai reflexii multiple ale semnalului și, în direcții diferite, dispersia acestuia în spațiu, ci și o distorsiune a vectorului de polarizare în timpul reflexiei.
Ca rezultat, antena de recepție primește un semnal cu mai multe fascicule care este eterogen ca nivel de semnal și polarizare; având fază aleatoare și timp de întârziere din cauza distanței diferite parcurse.
Toate semnalele care ajung cu întârziere la antena de recepție de la semnalul principal devin interferențe (zgomot).
Adesea, în astfel de cazuri, cu un nivel foarte ridicat al semnalului primit, este setată o viteză scăzută a canalului. Acest lucru se datorează faptului că numai tipurile simple de modulație pot fi detectate cu acuratețe în condiții de recepție a interferenței cu mai multe fascicule.
Este posibil să combatăm asta cumva?
Singurul lucru care funcționează cu adevărat în astfel de condiții sunt antenele cu polarizare eliptică.
„Raza și penetrarea” lor se explică prin particularitatea trecerii undelor radio cu un vector de polarizare rotativ prin obstacole.
Fig.7. Trecerea unui semnal de polarizare eliptică printr-un număr de bariere.Exemplul nostru de „laborator”.
Vedem că la trecerea de obstacole orientate paralel, semnalul de polarizare eliptică își pierde doar jumătate din energie la reflexie și absolut indiferent de locația acestor obstacole. În practică, un semnal de polarizare eliptică, ca un tirbușon printr-un ambuteiaj, pătrunde în obstacole „complexe” în care polarizarea liniară este neputincioasă.
Să ne uităm la un exemplu despre modul în care un semnal cu polarizare eliptică va trece prin același arbore (ca în exemplul de mai sus). Și cum va fi perceput acest semnal de antena de recepție.
Evident, indiferent de vectorul de polarizare, semnalul va fi reflectat în același mod.
Acestea. la iesirea din coroana vom vedea aproximativ aceeasi poza, atat in cazul polarizarii liniare (vezi Fig. 6), cat si in cazul polarizarii eliptice.
În propagarea undelor radio polarizate eliptic, se observă exact aceeași interferență de semnal ca și în cazul unui semnal polarizat liniar. Cu toate acestea, semnalele reflectate de polarizare eliptică ajung la antenă în polarizare opusă, neavând practic niciun efect asupra nivelului semnalului principal, deoarece nu poate fi combinat cu acesta.
Și toate semnalele care sosesc în aceeași polarizare cu cea principală sunt rezumate, crescând nivelul general al semnalului primit. Au întârzieri diferite, de ex. faza (unghiul la care semnalul intră în antenă). La ieșirea antenei, un semnal va fi înregistrat cu o întârziere determinată de adăugarea vectorului. Mai mult, acest semnal de ieșire va „varia” doar în nivel și întârziere.
Aceste caracteristici sunt responsabile pentru o „penetrare” atât de mare a semnalului polarizat eliptic.
În condiții reale, sistemele MIMO „CUNOAȘTE” MAI BINE să decupleze canalele exact la polarizare eliptică. Aceasta înseamnă că în astfel de sisteme, atunci când se lucrează la antene cu polarizare circulară, viteza este mai mare, iar conexiunea este mai stabilă.
