Как в HFSS орпеделить поляризацию антенны?

[yurik82]

Вы создали "Диаграмму направленности" (Radiation Pattern): как плотность потока энергии распределяется по сфере (по азимуту и высоте).
Независимо как поляризованы носители этой энергии.

Вот пример двух антенн - круглый патч и петлевой диполь расположенный вертикально (в оси Z)

У патч антенны GainY >10 dBi, GainZ и GainX<-100 dBi
Поляризация вся лежит в оси Y, т.е. горизонтальная (если считать ось Z перпендикулярной земле)

У диполя наоборот, GainZ ~ +2 dBi, GainY, X <-100 dBi
Поляризация вся лежит в оси Z, т.е. вертикальная (если считать ось Z перпендикулярной земле)

[yurik82]

Более сложный пример. Допустим мы не знаем какая вообще поляризация и решили выяснить.
Диаграмма излучения имеет большое усиление в оси Z (направление на абонента) которое достигает 16 dBi.
Ось Z это направление theta=0, phi=0.

Выведем данные по направлениею theta=0, phi=0 отдельно для GainX, Y, Z и RHCP, LHCP. Не в децибелах а в разах.

Общее усиление 38.68 раза, из них GainY (вертикальная компонента если ось Y перпендикулярна земле) 16.38 раза, GainX горизонтальная 22.30 раза.
Т.е. имеем эллиптическую поляризацию близкую к круговой. Вертикальная компонента составляет 42%, горизонтальная 58%. У идеальной круговой пропорция будет 50/50%.
Если приёмная антенна будет иметь линейную поляризацию, то она получит 42% мощности (~-3.5 dB потеря), если горизонтальную - 58% (~-2.5 dB потеря).

В зависимости от того как соотносятся фазы компонент эллиптической поляризации, она может быть или левовращающая (LHCP) или право (RHCP)
GainRHCP ~= GainTotal значит почти вся поляризация закручена вправо.

[uve]

Ось Z это направление theta=0, phi=0.

Ось Z theta=0, а phi любое значение от 0 до 360.

[Ann]

Поляризация обеспечивается сдвигом фаз а не разностью усилений по осям, пусть то децибелы или разы.

[yurik82]

Поляризация обеспечивается сдвигом фаз а не разностью усилений по осям, пусть то децибелы или разы.

Безусловно. Обеспечивается разностью фаз. Мы не смотрели разницу усилений в разных направлениях (не смотрели в разные Theta/Phi), а в одном направлении (в примере Phi=0, Theta=0) смотрели мощность компонент.

GainX, GainY и GainZ - это НЕ диаграммы излучения в разные стороны. Это указание приемному детектору в одной точке пространства пропускать/измерять только волны определенной поляризации.

Если на примере света - то GainX это аналог поляризационной пластинки, чьи зазоры расположены горизонтально к земле и перпендикулярно приходящей волне. GainZ - пластинка повернутая вертикально. Допустим без пластинки фотодетектор измерил что освещенность 38 люкс. Поставили горизонтальный поляризационный фильтр - 16 люкс, поставили вертикально этот фильтр - детектор показывает 22 люкс. Если источник света когерентный (а радиоантенны - когерентные, рандомное тепловое излучение мы не рассматриваем) то приходящий свет имет эллиптическую поляризацию, вертикальная компонента преобладает.

Также ещё одно очевидное но важное замечание.
Обычно у антенн с эллиптической поляризацией соотношение между компонентами не одинаковое в зависимости от диаграммы излучения. Для линий точка-точка это не имеет никакого значения, нас интересует только одно направление на абонента (в примере выше это было Phi=0, Theta=0).
Но если антенна должна работать не как точка-точка (а как омни, секторная) то надо учитывать что в разных участках сектора обслуживания форма эллипса разная, потому что мощность вертикальной и горизонтальной компонент разная, иными словами ДН у двух компонент не идентичны.

На примере предыдущей антенны: Y компонента имеет более узкий лепесток (быстрее угасает на краях зоны обслуживания), а X более широкий (медленнее угасает), причем их максимумы не совмещены даже (X косит вправо, Y чуть влево).
Если по Theta=0 соотношение было 42% / 58%, то на Theta=-12 уже 59%/41%, а на Theta=+12 уже 33% / 67%

На графике синяя и красная кривая пересекаются в точке примерно Theta=-6 градусов. В этой точке поляризация идеально круговая (обе компоненты равны). Чем левее - тем больше искривление эллипса в Y, чем правее - тем в X. По азимуту -24 градуса - горизонтальная компонента 10%, -30 градусов - 1.4%

В последней табличке - % горизонтальной компоненты в эллиптической поляризации в зависимости от азимута на абонента в секторе -45..+45.

[Ann]

Поляризация это когда есть вращение вектора, где он у вас? Какой сдвиг между E и H? Покажите мне это.

[yurik82]

Какой сдвиг между E и H? Покажите мне это.

Сдвиг между E и H по фазе всегда равен нулю, а сдвиг между их векторами в пространстве всегда равен 90. Это фундаментальное свойство света.

Волна с эллиптической поляризацией имеет сдвиг между E и E двух разных волн с двумя разными векторами, которые входят в суперпозицию: оба вектора E1 и E2 суммируются, оба вектора H1 и H2 (каждый из них всегда перпендикулярен своему E-вектору и всегда в фазе). Результирующая волна имеет вектор E3 который вращается и всегда перпендикулярен своему результирующему H3 вектору.

То что Вы, спрашиваете - это сдвиг фазы между двумя перпендикулярными векторами E поля: E-theta и E-phi (см. стр. 57 Фельдсон)

Как смотреть его в HFSS я ещё не разобрался. Есть такой параметр в отчётах FarField как AxialRatio, если AxialRatio=1 (0 dB), то угол 90 градусов. Если не равен 1, то какой-то угол, но как перевести в угол я не разбирался. Вроде AxialRatio это комплексное число, если в HFSS выбрать функцию ang_rad(AxialRatio) то покажет этот угол. Потом попробую.

Переменные GainX и GainY в HFSS - это то что у Фельдсона на 56-й странице описано: "приемная индикаторная антенна с линейной поляризацией"

[Ann]

Это база классической физики, это понятно. Тоже не знаю как показать в HFSS вращение поляризационного вектора поля в пространстве. Может кто знает.
Сдвиг между E и H по фазе всегда равен нулю в дальней зоне, никак не в ближней дофренелевской и во френелевой зоне тоже. Сдвиг между их векторами в пространстве принят равным 90 - это математическая условность обусловленная тригонометрией, мат аппаратом, ур Максвелла для свойств ЭМВ, в классической физике, не квантовой физике.

[yurik82]

Тогда не знаю. Кроме спортивного интереса этот угол для чего полезен? Проектировщику чтобы знать что изменить в конструкции?

Конечному пользователю как по мне достаточно GainX, GainY в разных направлениях, чтобы знать какая будет энергетика линка - эффективная диаграмма направленности (с учетом какая антенна с другой стороны будет)

[Ann]

Чтобы не запутаться, чтобы отличить линейную от круговых. Та же простая патч антенна с разными точками запитки может иметь как линейную так и круговую поляризации. И их не так просто детектировать как покажется на первый взгляд.

[shmel]

Все собрали в кучу, люди, кони, фотоны, какие-то эллиптические компоненты. Есть эллиптическая поляризация (точка). Все друге это тоже эллиптические только если малая и большая оси равны между собой то мы называет это круговой поляризацией и если одна из осей вырождена (равна 0) то называем это линейной. Всего лишь для удобства, но сути это не меняет. Деление на вертикальную и горизонтальную поляризации тоже условное и служит для удобства.
Вы себя совсем загоняете в угол вашими же рассуждениями. yurik82 и Ann, что такое Е и Н? Вот вы пишите "Сдвиг между E и H" между буквами в алфавите?
ответьте на это сначала, а потом я вам что-то расскажу.

[yurik82]

Все друге это тоже эллиптические только если малая и большая оси равны между собой то мы называет это круговой поляризацией и если одна из осей вырождена (равна 0) то называем это линейной.

Вот только "оси" в HFSS мы смотреть не можем. Можем смотреть только мощности (амплитуды). Как их смотреть в HFSS я показал на предыдущей странице.

Для однозначной идентификации типа поляризации надо 3 переменных: амплитуды компонент theta vs phi и угол между ними delta.
Если амплитуды (мощности) обоих компонент равны - поляризация может быть не круговой, если угол delta между ними не 90 градусов.
См. в предыдущем посте "Рис 3.2 Различные виды эллипсов". Средний ряд Atheta/Aphi=1
В этом ряду все эллипсы вписаны в квадрат, т.е. и горизонтальная и вертикальная компонента у них равны. Во всех других рядах эллипсы вписаны в прямоугольники, у которых одна сторона короче.

Ann спросил - а как глянуть этот угол delta в HFSS. Есть подозрение что можно глянуть через AxialRatio. В том, и только в том случае если AxialRatio=1 (0 dB) - угол delta=90 и поляризация круговая. Во всех других случаях delta<>90 и поляризация не круговая, даже если Atheta/Aphi=1

что такое Е и Н?

[yurik82]

Тоже не знаю как показать в HFSS вращение поляризационного

Методом тыка. Не оно? по направлению вперёд: дельта = 110 градусов

[Ann]

Нужно отслеживать например максимум вектора E в 3D, например при (движении) набеге фазы. Он должен вращаться по спирали в 3D, если мы зафиксировали точку отсчета на максимуме вектора и демонстрируем его продвижение в пространстве. Картинка получается не простая, трудно воображаемая в 3D.
... Думаю, тут уже нужно уходить от классики и переходить к квантовой механике, КЭД, там это ближе к реальности. Да и HFSS, CST не годятся для КЭД.

[shmel]

все с вами ясно. мне не нужны картинки в умными словами. я спросил конкретно вас что ВЫ имели ввиду. на картинке речь идет о векторах Е и Н. вы о них тоже говорили, но отдельно:

Сдвиг между E и H по фазе всегда равен нулю, а сдвиг между их векторами в пространстве всегда равен 90.

и вот:

Сдвиг между E и H по фазе всегда равен нулю в дальней зоне, никак не в ближней дофренелевской и во френелевой зоне тоже. Сдвиг между их векторами в пространстве принят равным 90

все-таки объясните мне разницу.