一文读懂天线极化

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在前面的文章中，我们分别学习了天线的工作原理和增益。今天，我们将深入探讨天线极化这个关键概念，它就像天线的 “个性签名”，对无线通信有着至关重要的影响！

No.1 什么是天线的极化

在无线通信的世界里，天线就像是信号的 “快递员”，而天线极化则是它传递信号的 “独特方式”。简单来说，电磁波的极化方向就是天线极化方向，主要分为线极化、圆极化和椭圆极化三种类型 ，如下图所示。这就好比快递员传递包裹，有的习惯竖着拿（垂直极化），有的横着拿（水平极化），还有的转着圈拿（圆极化）。

天线极化在天线设计、架设以及无线通信系统整合中，是一个不容忽视的关键因素。不同的天线有着不同的极化特性，而这直接影响着它与信号之间的 “默契程度”。

从理论上讲，极化就是电磁波振动的平面，而天线对这个平面极为 “敏感”，通常只 “青睐” 特定极化的信号。就像人们更擅长处理自己熟悉领域的工作一样，天线也只擅长接收或发送符合其极化方式的信号。

大多数天线的极化方式很好判断，它与天线元件所在平面一致。比如，垂直天线就像一位 “站得笔直” 的快递员，擅长接收垂直极化信号；水平天线则像 “横躺着” 的快递员，对水平极化信号更 “来电” 。

天线极化与信号极化的匹配至关重要，它们之间的关系就像钥匙和锁，只有匹配得当，才能发挥最大效能。如果两者不匹配，信号强度就会大打折扣，就像用错钥匙，打不开门，信号强度会按照它们夹角的余弦值减弱。在理想的自由空间中，天线和信号的极化方向最好完全一致；一旦相互垂直，理论上就接收不到信号了。

在地面无线电通信中，信号发出后，极化方向一般相对稳定，但沿途物体的反射会 “捣乱”，改变信号的极化状态。最终接收端收到的信号，是直接信号和众多反射信号的 “大杂烩”，虽然整体极化方向大致不变，但还是会有些微妙的变化。

No.2 天线极化的类型

极化的世界丰富多彩，不同类型的极化方式，就像信号传递的 “多样姿势”，各有特点和适用场景。

线极化：最 “朴实” 的信号传递者

线极化是最常见的极化形式，它的特点是所有辐射都在一个平面内，就像一条笔直的道路，信号沿着固定方向传播。

水平极化

这种极化的天线有着水平的 “骨架”，专门 “捕捉” 和辐射水平极化信号，就像水平放置的传送带，传送着特定方向的信号包裹。

垂直极化

以垂直元件为代表，它就像一根竖立的旗杆，能在水平面内均匀辐射信号，而且辐射角度低，大部分能量能贴近地面传播，特别适合安装在汽车上，就像为汽车量身定制的信号 “接收器”。

倾斜极化

• 与水平或垂直平面有一定夹角，就像斜着放置的传送带，能让垂直和水平极化天线都 “接到活”，增加了信号接收的可能性。

圆极化：卫星通信的 “得力助手”

圆极化在卫星通信等领域有着独特优势，能有效应对传播异常、地面反射和卫星自旋带来的问题。想象一下，信号从旋转的天线中传出，电场矢量的尖端像螺旋线一样舞动，画面感十足！

右手圆极化

矢量按右手方向旋转，就像拧紧瓶盖时右手旋转的方向。

左旋圆极化

与右手圆极化相反，矢量按左手方向旋转。

混合极化（椭圆极化）：线极化与圆极化的 “混搭风”

当线极化和圆极化 “混搭”，就形成了椭圆极化。电场矢量的尖端画出一个椭圆形，就像在跳一支独特的舞蹈。有趣的是，线极化天线和圆极化天线可以相互 “客串” 接收对方的信号，不过信号强度会下降 3dB，就像换了一种不那么顺手的方式传递包裹，效率会有所降低。

No.3 不同类型天线极化的应用

不同的极化方式在各自的领域中发挥着独特作用，就像不同的快递员擅长不同的送货路线。

通用无线电通信

线性极化凭借简单直接的特点，成为大多数无线电通信的 “主力军”，就像常见的快递员，用常规方式高效地传递信号。

移动电话和短距离无线通信

近年来，移动电话和短距离无线通信飞速发展。线性极化因其天线容易制造，成为这些设备的常用选择。比如手机和 Wi-Fi 路由器，虽然常采用垂直极化，但部分路由器天线可调节。而且，由于信号在传播过程中会发生多次反射，到达接收端时极化方向变得随机，所以极化匹配问题相对不那么突出。

移动双向无线电通信

传统的移动双向无线电通信，如紧急服务和车载无线电，大多采用垂直极化。因为垂直极化天线具有全向辐射模式，就像 360 度无死角的快递员，车辆移动时无需调整天线方向，就能稳定接收信号。

长距离 HF 电离层通信

水平极化和垂直极化各展所长。水平极化的线天线便于用杆子架设，大型多元素天线阵列在水平平面安装也更方便；垂直极化的单垂直元件天线，凭借低辐射角的优势，实现良好的长距离传输和接收。

中波广播

中波广播电台偏爱垂直极化，因为垂直极化的地波在地球表面传播效果更好，而且垂直极化天线结构简单，只需一个垂直元件，相比水平极化天线更具优势。

卫星通信

• 圆极化在卫星通信中 “大显身手”，能有效克服传播难题和卫星姿态变化引起的衰落，保障信号稳定传输。天线极化虽然看不见摸不着，但它就像无线通信领域的 “幕后英雄”，在不同的应用场景中发挥着关键作用。了解天线极化的奥秘，有助于我们设计出更高效的天线，构建更稳定的无线通信系统！如果你对天线极化还有其他疑问，欢迎在评论区留言交流～在公众号对话框输入：天线资料，即可获得射频学堂整理的天线相关资料。