[科普中国]-交叉极化

交叉极化是指雷达系统有HH、VV、HV、VH 四种极化方式，主主通道的为同极化，次通道的被定义为交叉极化。如果雷达天线发送与接收的电场矢量是不同的极化方式，如HV 或VH,则这种极化就是交叉极化。1一般交叉极化要求在主方向上辐射的交叉极化增益要小于主极化增益30dB以上，但在不同场合其要求会有变化。

简介极化是指在最大辐射方向上辐射电波的极化，其定义为在最大辐射方向上电场矢量端点运动的轨迹，由于天线本身物理结构等原因，天线辐射远场的电场矢量除了有所需要方向的运动外，还在其正交方向上存在分量，这就指的天线的交叉极化。交叉极化是通信基站天线很重要的一个参数，我们通常称之为交叉极化鉴别率。

一般的交叉极化是指与主极化正交的极化分量，一般出现在双极化天线中，尤其是民用移动通信基站天线中的±45度双极化天线。极化的概念在电磁波理论当中有着非常重要的作用和意义：同极化和交叉极化主要是相对于我们所考虑或者所期待的极化方向而言的，如果一个极化方向和我们的主极化方向一致，则称之为同极化，如果一个极化方向和我们的主极化方向正交，则称之为交叉极化。1

产生原因交叉极化的引起主要是因为边界的不一致性，使得产生的交叉极化分量无法抵消（如果双极化天线单元的四周边界是一个完全的正方形框，其交叉极化就非常低），在阵列天线的应用中通常是改变边界条件，以使得相邻单元耦合的交叉极化分量与本振子单元产生的交叉极化分量相抵消来降低。

对于微带天线来说交叉极化本身是个难点，一般轴向可以做到15～17dB，香港城市大学花了多年的时间来研究这个问题，找到一些解决方案，主要是从馈电方式入手，一般的微带贴片是L型探针，将探针方式改为T型或者折线型等可以改善交叉极化。1

交叉极化干扰消除为了消除两个极化方向上的干扰，要么提高天线的极化隔离度，要么采用交叉极化干扰消除技术。提高天线的隔离度会大大增加天线制造的成本，而且提高幅度有限，因此研究有效且可工程实现的极化干扰消除技术是提高星地传输速率的重要保障。

如图所示，极化干扰消除技术基本原理是：用一路信号减去另一路信号经过滤波器后的信号，然后采用相关算法来得到误差信号，从而将干扰消除，得到干净信号。极化干扰消除可以在射频、中频或者基带进行。就目前而言，由于在射频段有一些不可控因素，大多数的极化干扰消除操作是在中频或者基带进行的。

中频的极化干扰消除是中频模拟信号经过AD采样变成中频数字信号，然后经过交叉极化干扰消除器，消除极化干扰得到干净的水平和垂直路信号，然后分别送给两个解调模块进行解调等后续操作。基带的极化干扰消除是在信号经过载波同步和码元同步后进行的，通过对垂直和正交的两路基带信号进行处理得到的。

基于全数字高码速解调器具备：中频直接采样的全数字化处理技术，满足高速数据传输、交互的超高速器件和接口技术；强大的DSP信号处理、并行处理技术等，极化干扰消除大多作为模块插入解调器中，或利用解调器自身的资源与解调器进行一体化设计。

测试结果表明，交叉极化干扰消除器对交叉极化干扰有明显的消除。2

交叉极化比±45°双线极化天线是极化分集技术在移动通信领域的应用和产物。±45°极化两个紧挨天线之间的能量耦合或相关性将影响系统抗干扰和分集增益的获得。为此，移动通信系统对±45°双极化天线提出了表征极化纯度的交叉极化比(即交叉极化鉴别率)的附加要求。

假设安装于水平转台作接收的待测天线相位中心位于转台旋转轴上，检验天线(即辅助天线)相心设置在待测天线法线方向的远区。待测天线波瓣图和交叉极化比测试之前，如检验天线发射电磁波的极化方向与待测天线的平行(垂直)，则待测天线接收到的信号功率为主极化分量(交叉极化分量)。交叉极化比定义为主极化分量与交叉极化分量之比。3

通信系统中的交叉极化交叉极化的产生通信系统中交叉极化的引入通常分2种情形：一是由于发射端某些设备不理想，使系统本身包括交叉极化分量；另一种情形为即使发射端很理想，但在传播的过程中，由于电离层等一些去极化源的影响或接收端未调整好状态(线极化情形)而引入交叉极化分量。

采用双极化工作方式时，通信系统必须解决好交叉极化的问题，特别是卫星通信系统的上行信道，这直接关系到地球站是否能入网开通的问题。圆极化工作方式下交叉极化隔离度的优劣主要取决圆极化器的电压轴比，必须控制好两电场分量的相位差；线极化工作方式下，星地极化一定要微调到位，否则，交叉极化隔离度会大大降低。4

圆极化工作方式通信系统采用的双极化工作方式有线极化和圆极化两种，当采用圆极化工作方式时，习惯上用圆极化电压轴比来描述交叉极化隔离度。鉴于圆极化是椭圆极化的特例，考虑椭圆极化更有一般性。

圆极化工作方式下交叉极化隔离度的优劣主要取决圆极化器的电压轴比，而圆极化器的电压轴比又主要取决两个相互正交电场分量的相位差偏离π/2的程度。4

线极化工作方式早期的卫星通信系统工作频率较低，这时电离层对线极化波的影响较大，因此，卫星通信系统的极化方式大多为圆极化方式。随着系统工作频率向Ku、Ka频段拓展，线极化工作方式也被越来越多地使用。

线极化工作方式下，卫星通信系统的馈源必须具备极化调整的能力，以使地球站所定义的线极化和卫星所定义的线极化匹配。4

本词条内容贡献者为:

张磊 - 副教授 - 西南大学