3.3 天线极化技术

电磁波的极化是指在空间任一固定点上电磁波的电场矢量空间取向随时间变化的方式，用电场E的矢端轨迹描述。波的极化有3种，如果E的矢端轨迹为直线，波为线极化波；如果E的矢端轨迹为圆，波为圆极化波；如果E的矢端轨迹为椭圆，波为椭圆极化波。

根据电磁场理论，无界介质中的均匀平面波是横电磁波（TEM波）。对于卫星辐射的电磁波，地面站远离点波源，观察范围较小，可将观察到的球面波近似为平面波。在直角坐标系（x，y，z）下，当均匀平面波沿+z方向传播时，电场方向与传播方向垂直，这时Ex和Ey都可以存在，空间任一点电场由x分量和y分量合成，构成电场的矢端轨迹。Ex和Ey的振幅和相位可以不同，表示为：

Ex = Exm cos（ωt - kz +ϕx），Ey = Eym cos（ωt - kz + ϕy）

ω为电磁波角频率，单位为rad/s；代表电磁波沿+z方向传播时每单位距离改λ变的相位，称为相位常数，单位为rad/m。讨论极化时，空间先取固定点，为简单起见，假设z=0，则Ex=Exm cos （ωt+ϕx），Ey = Eym cos（ωt+ϕy。

3.3.1 线极化

电场矢量在空间的取向固定不变的电磁波叫线极化波。有时以地面为参数，电场矢量方向与地面平行的叫水平极化波，与地面垂直的叫垂直极化波。电场矢量与传播方向构成的平面叫极化平面。垂直极化波的极化平面与地面垂直；水平极化波的极化平面则垂直于入射线、反射线和入射点地面的法线构成的入射平面。线极化的示意如图3-23所示。

3.3.2 圆极化

当无线电波的极化面与大地法线面之间的夹角从0～360°周期地变化，即电场大小不变，方向随时间变化，电场矢量末端的轨迹在垂直于传播方向的平面上投影是一个圆时，称为圆极化。在电场的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90°或270°时，可以得到圆极化。若极化面随时间旋转并与电磁波传播方向成右螺旋关系，称右圆极化；反之，若成左螺旋关系，称左圆极化。圆极化的示意如图3-23所示。

图3-23　线极化和圆极化的示意

3.3.3 天线极化转换工作原理

天线极化转换工作原理如图3-24所示。线圆转换改变的是极化器加载移相面（介质片）与正交器的波导输出口的角度。当角度成-45°时，馈电网络为圆极化A工作状态（发左旋收右旋）；角度成45°时，馈电网络为圆极化B工作状态（发右旋收左旋）；角度成0°时，为线极化工作状态。而在调整线极化面角度时，馈电网络（极化器加正交器）整体旋转。船载站天线极化转换器在海上动态条件下，极化面可以在±45°以内变化，如果极化面旋转不到位会导致交叉极化鉴别率指标下降，不能满足正常的通信要求以及天线入网验证的相关指标。

图3-24　-45°极化状态