偏波はアンテナの基本的な特性の一つです。まずは平面波の偏波について理解する必要があります。その後、アンテナの主な偏波の種類について説明します。
直線偏光
平面電磁波の偏光について理解し始めます。
平面電磁波（EM）にはいくつかの特性があります。第一に、電力は一方向にしか伝わりません（直交する2方向の電界は変化しません）。第二に、電界と磁界は互いに直交し、互いに直交しています。電界と磁界は平面波の伝播方向と直交しています。例として、式（1）で表される単一周波数電界（Eフィールド）を考えてみましょう。電磁場は+z方向に伝わります。電界は+x方向に、磁界は+y方向に伝わります。
式(1)において、 という表記に注目してください。これは単位ベクトル（長さのベクトル）であり、電界点がx方向にあることを示しています。平面波は図1に示されています。
図1. +z方向に伝わる電界のグラフ表現。
偏波とは、電界の軌跡と伝播形状（等高線）のことです。例として、平面波の電界方程式(1)を考えてみましょう。電界が(X,Y,Z) = (0,0,0)となる位置を時間の関数として観察します。この電界の振幅は、図2にいくつかの時点においてプロットされています。電界は周波数「F」で振動しています。
図2. 異なる時間における電界(X, Y, Z) = (0,0,0)を観測する。
電界は原点で観測され、振幅が前後に振動しています。電界は常に図示のX軸に沿っています。電界は一本の線に沿って維持されるため、直線偏波であると言えます。さらに、X軸が地面と平行である場合、この電界は水平偏波とも呼ばれます。電界がY軸に沿っている場合、波は垂直偏波であると言えます。
直線偏波は、水平軸または垂直軸に沿っている必要はありません。例えば、図3に示すように、直線に沿って制約が課せられた電界波も直線偏波となります。
図 3. 軌道が角度である直線偏波の電界振幅。
図3の電界は式(2)で表すことができます。電界にはx成分とy成分があり、どちらの成分も大きさは等しくなります。
式(2)で注目すべき点は、第2段階におけるxy成分と電子場です。これは、両方の成分が常に同じ振幅を持つことを意味します。
円偏波
ここで平面波の電場が式(3)で与えられると仮定する。
この場合、X要素とY要素の位相は90度ずれています。電界を(X, Y, Z) = (0,0,0)として観測すると、電界と時間の関係は図4のようになります。
図4. 電界強度(X, Y, Z) = (0,0,0) EQ領域。(3)
図4の電界は円を描いて回転します。このタイプの電界は円偏波と呼ばれます。円偏波の場合、以下の条件を満たす必要があります。
- 円偏波の標準
- 電界には 2 つの直交 (垂直) 成分が必要です。
- 電界の直交成分は等しい振幅を持つ必要があります。
- 直交成分は位相が 90 度ずれている必要があります。
波図4の画面上を移動する場合は、磁場は反時計回りに回転し、右旋円偏波（RHCP）と呼ばれます。磁場が時計回りに回転する場合は、左旋円偏波（LHCP）になります。
楕円偏光
電界が90度位相がずれているものの、大きさが等しい2つの直交成分を持つ場合、電界は楕円偏波になります。式(4)で表される、+Z方向に伝播する平面波の電界を考えてみましょう。
電界ベクトルの先端がとる点の軌跡は図5に示されている。
図5.即発楕円偏波波の電場。(4)
図5に示す電界は反時計回りに進行し、画面外に移動する場合には右回りの楕円偏光となります。電界ベクトルが反対方向に回転する場合、電界は左回りの楕円偏光となります。
さらに、楕円偏波はその離心率を指します。離心率と長軸および短軸の振幅の比です。例えば、式(4)の波の離心率は1/0.3=3.33です。楕円偏波は、長軸の方向によってさらに説明されます。波動方程式(4)の軸は、主にx軸で構成されています。長軸は任意の平面角をとることができることに注意してください。角度は、X軸、Y軸、またはZ軸に適合する必要はありません。最後に、円偏波と直線偏波の両方が楕円偏波の特殊なケースであることに注意することが重要です。1.0 偏心楕円偏波は円偏波です。無限の離心率を持つ楕円偏波。直線偏波。
アンテナ偏波
偏波平面波電磁場について理解できたので、アンテナの偏波は簡単に定義できます。
アンテナ偏波 アンテナの遠方界評価、つまり放射される電界の偏波。そのため、アンテナは「直線偏波アンテナ」または「右旋円偏波アンテナ」と表記されることが多い。
このシンプルな概念は、アンテナ通信において重要です。まず、水平偏波アンテナは垂直偏波アンテナとは通信できません。相反定理により、アンテナは全く同じ方法で送信と受信を行います。したがって、垂直偏波アンテナは垂直偏波の電界を送受信します。したがって、垂直偏波の水平偏波アンテナで通信しようとしても、受信はできません。
一般的なケースでは、2つの直線偏波アンテナが互いに角度（）だけ回転している場合、この偏波不整合による電力損失は偏波損失係数（PLF）によって表されます。
したがって、2つのアンテナが同じ偏波を持つ場合、放射電子場間の角度はゼロとなり、偏波の不一致による電力損失は発生しません。一方が垂直偏波でもう一方が水平偏波の場合、角度は90度となり、電力は伝送されません。
注：携帯電話を頭の上で様々な角度に動かすと、受信状態が改善する場合があります。携帯電話のアンテナは通常直線偏波になっているため、携帯電話を回転させると偏波が一致し、受信状態が改善されることがよくあります。
円偏波は多くのアンテナにとって望ましい特性です。どちらのアンテナも円偏波であり、偏波の不整合による信号損失の影響を受けません。GPSシステムで使用されるアンテナは右旋円偏波です。
ここで、直線偏波アンテナが円偏波を受信すると仮定します。同様に、円偏波アンテナが直線偏波を受信しようとすると仮定します。その結果生じる偏波損失係数はいくらでしょうか？
円偏波は実際には2つの直交する直線偏波であり、位相が90度ずれていることを思い出してください。したがって、直線偏波（LP）アンテナは円偏波（CP）波の位相成分のみを受信します。したがって、LPアンテナの偏波不整合損失は0.5（-3dB）になります。これは、LPアンテナをどの角度に回転させても当てはまります。したがって、
偏波損失係数は、偏波効率、アンテナ不整合係数、アンテナ受信係数などと呼ばれることもあります。これらの名称はすべて同じ概念を指します。
投稿日時: 2023年12月22日
