無線通信系統是現代信息基礎設施的重要部分。天線作為主要的射頻元器件，在選購天線時，會從天線增益、定向性、波束範圍、駐波比、天線極化等性能參數進行考慮，并進行驗證。而今天我們來深入認識天線主要性能參數——天線極化。

（一）天線極化的介紹

天線在遠場條件下輻射的都是橫電磁波，電場矢量的方向和磁場垂直，且同時垂直于傳播方向。于是，無線電波在空間傳播時，其電場方向是按一定的規律而變化的，這種現象稱為無線電波的極化。

圖源網絡

如電波的電場方向垂直于地面，我們稱它為垂直極化波。同理，平行于地面，就是水平極化波。另外，還有±45°的極化。

圖源網絡

同時電場的方向還可以是螺旋旋轉的，叫橢圓極化波。雙極化，則是2個天線振子在一個單元内，形成兩個獨立波。

因此天線極化方式分為線極化，圓極化和橢圓極化（如上圖）。線極化兩垂直電場分量相位相差nπ，幅度可不做要求，圓極化兩垂直電場分量幅度要相等，相位相差九十度，橢圓極化是最一般的形式，對幅度、相位沒有要求，線極化和圓極化是橢圓極化的兩種特殊情況。

900 MHz 貼片天線，左旋圓極化，8 dBi

01）線極化

線極化描述電場矢量在空間的取向固定不變的電磁波叫線極化。

有時以地面為參數，電場矢量方向與地面平行的叫水平極化，與地面垂直的叫垂直極化。電場矢量與傳播方向構成的平面叫極化平面。

垂直極化波的極化平面與地面垂直；水平極化波的極化平面則垂直于入射線、反射線和入射點地面的法線構成的入射平面。

02）圓極化

圓極化地描述當無線電波的極化面與大地法線面之間的夾角從0~360度周期的變化，即電場大小不變，方向随時間變化，電場矢量末端的軌迹在垂直于傳播方向的平面上投影是一個圓時，稱為圓極化。

在電場的水平分量和垂直分量振幅相等，相位相差90度或270度時，可以得到圓極化。圓極化，若極化面随時間旋轉并與電磁波傳播方向成右螺旋關系，稱右圓極化；反之，若成左螺旋關系，稱左圓極化。

03）橢圓極化

橢圓極化的描述若Ex和Ey幅度和相位差均不滿足上述條件時，合成矢量端點的軌迹為一個橢圓。橢圓極化波的橢圓長短軸之比，稱為軸比，當橢圓的軸比等于1，橢圓極化波即是圓極化波。當軸比為無窮時，電波的極化為線極化。

（二）天線極化應用

線極化系統的極化損耗取決于線極化天線和電磁波的極化矢量之間的角度，而且最大極化損耗發生于兩者之間呈45度角時。在45度的極化矢量偏轉角度下，最大極化損耗為0.5（即3dB）。

在圓極化或橢圓極化系統的情形下，極化損耗的計算更加複雜，而且最大極化損耗可高達30dB。這就是為什麼可利用極化實現信号隔離及天線系統之間可發生幹擾的原因。雖然存在極化損耗，但以不同方式極化的天線仍可從具有不同極化類型的電磁波中接收到信号。因此，極化可實現的信号隔離效果具有一定的限度。

2.4/ 5 GHz 雙頻/雙極化全向天線，9 dBi

在通常情況下，可根據應用要求，選擇天線極化方式。不同應用可從不同的極化方式獲得更佳效果。

例如，由于垂直極化電磁波比水平極化電磁波更加易于穿過起伏不平的地貌，因此垂直極化天線在陸地移動通信用途中具有更佳表現，而水平極化方式在仰賴電離層且通常為長距離通信的用途中表現更好。此外，由于圓極化通常可更佳地緩解衛星定向偏移導緻的衰弱，因此圓極化常用于衛星通信。

此外，由于終端使用者姿态的多樣性，終端天線的極化方式往往是随機的，且由于多徑傳播和散射的作用，導緻基站接收的信号往往為橢圓極化波，所以基站側通常采用雙極化天線來保證在任何情況都可以接受到信号。

當電磁波在接近地面傳播時，水平極化波會在地面産生感應電流引起熱損耗導緻信号快速衰減，而垂直極化波不然，這導緻水平和垂直極化分量大小存在不平衡。為了保證良好的分集接收效果，需要盡量平衡兩個天線接受的信号強度，因此移動通信基站的雙極化天線通常布置成±45度極化而不是水平垂直極化。

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