[科普中国]-水平极化

背景

通俗地讲，卫星的下行信号使用有垂直极化和水平极化两种信号，目的是避免同频干扰。相同频率可以分别使用垂直和水平极化发射而互不干扰。这样就达到了增加卫星容量之目的。 同样接收端也使用垂直和水平高频头来接收相应的节信号节目了。普通高频头里面有两条探针，分别是接收水平和垂直信号而设计。通过接收机输出的电压来切换高频头里面的信号了。

特点在空间给定点上，电场强度E（矢量）是时间t的一元函数，随着时间的推移，矢量端点在空间周期性地描绘出轨迹，如果该轨迹是直线，则称为线极化。该轨迹直线垂直地面，称垂直极化，如果水平于地面，称水平极化。基本电振子的电场方向，在不同位置的确不一样，近区场特别明显，因此在远区场即辐射场进行定义，这时远区球面波近似为平面波，越远越近似，电场方向固定，处处一样，极化可定义且唯一。如果将基本电振子垂直放置，是垂直极化。

由于电波的特性，决定了水平极化传播的信号在贴近地面时会在大地表面产生极化电流，极化电流因受大地阻抗影响产生热能而使电场信号迅速衰减。电波的极化特性取决于发射天馈系统的极化特性。接收天线必须与发射天线具有相同的极化和旋向特性，以实现极化匹配，从而接收全部能量。若部分匹配，则只能接收部分能量。

分类电波在空间传播时，其电场矢量的瞬时取向称为极化。极化方式有两类：一种是线极化，一种是圆极化。其中在线极化方式下又分为水平极化和垂直极化；在圆极化方式下又分左旋圆极化和右旋圆极化。如果电波传播时电场矢量的空间描出轨迹为一直线，它始终在一个平面内传播，则称为线极化波。线极化波又有水平极化波和垂直极化波之分。当电场强度方向垂直于地面时，此电波就称为垂直极化波；当电场强度方向平行于地面时，此电波就称为水平极化波。电波的极化特性取决于发射天馈系统的极化特性。接收天线必须与发射天线具有相同的极化和旋向特性，以实现极化匹配，从而接收全部能量。若部分匹配，则只能接收部分能量。

水平极化全向天线全向天线通常是指天线的方向图在水平面内是一个无方向性的圆，全向天线有水平极化、垂直极化和圆极化。垂直极化近似电偶极子的辐射，水平极化近似磁偶极子的辐射。通常垂直极化全向天线的实现较容易，有单极天线、双锥天线等形式。由于磁偶极子并不存在，所以水平极化全向天线需要靠组阵来实现，常见的形式有圆柱缝隙阵、圆柱微带阵、旋转场天线、Alford环等。而圆极化全向天线或者通过组合两种极化的全向天线来实现，或者直接用螺旋天线实现。

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水平极化全向天线优劣比较波导缝隙天线有良好的全向性能即较小的不圆度，而且实现高增益容易，但是带宽不满足所要求的天线的技术指标，而且若用50 欧姆的端口匹配，将有一个波导过渡段的设计；同轴开槽天线、印刷Alford 环天线具有良好的全向性能即较好的不圆度，但是两者的带宽非常窄；印刷偶极子方阵的带宽很宽，但是组成的方阵的方向图不能满足所要求的天线的技术指标；圆柱微带共形天线带宽和全向性能上都能基本达到所要求的天线的技术指标，若要实现高增益，则需组成圆柱共形的微带面阵，加工不容易，而且馈电网络的一体化比较复杂。2