Поляризация: в какую сторону направлено поле

Электромагнитная волна несёт электрическое и магнитное поля. В дальней от антенны области они перпендикулярны друг другу и направлению распространения. Но этого ещё недостаточно, чтобы полностью описать волну: нужно указать, как ориентировано электрическое поле.

Поляризация (нем. Polarisation, англ. polarization) определяется направлением именно электрического поля. Если оно колеблется вверх-вниз относительно поверхности Земли, поляризация вертикальная. Если вправо-влево параллельно поверхности — горизонтальная.

Приёмная антенна чувствительна к направлению поля

Линейный диполь лучше всего принимает поле, направленное вдоль его проводника. При повороте антенны полезная составляющая поля уменьшается. В идеальной модели доля принятой мощности зависит от угла $\theta$ так:

При угле 45° остаётся половина мощности — потеря 3 дБ. При 90° идеальные линейные поляризации ортогональны, и принятая мощность равна нулю.

В реальной связи полного нуля почти не бывает. Отражения, рассеяние, неидеальные антенны и окружение поворачивают и смешивают поляризацию. Но на VHF и UHF разница между вертикальной и горизонтальной установкой всё равно может решить, состоится связь или нет.

Ориентация антенны — полезная подсказка, но не определение

У диполя или Yagi направление электрического поля обычно совпадает с направлением элементов. Вертикально установленный диполь даёт вертикальную поляризацию, горизонтальный — горизонтальную.

Это правило нельзя переносить на любую антенну. У рамок поляризация зависит от геометрии поля и места питания, а не просто от того, как выглядит рамка. Надёжное определение всегда одно: смотрим на направление электрического поля в дальней зоне.

Поле может не только качаться, но и вращаться

Если две взаимно перпендикулярные составляющие электрического поля имеют одинаковую амплитуду и сдвинуты по фазе на 90°, конец вектора поля описывает окружность. Это круговая поляризация (нем. zirkulare Polarisation, англ. circular polarization).

У неё есть направление вращения — правое или левое. Антенны противоположного направления вращения в идеальной модели почти не согласованы. Круговая поляризация особенно полезна в спутниковой связи: ориентация аппарата вокруг линии визирования меняется, а линейную антенну пришлось бы постоянно поворачивать вслед за ним.

Если две составляющие неодинаковы или сдвиг отличается от 90°, конец вектора рисует эллипс. Линейная и круговая поляризации — частные случаи более общего эллиптического состояния.

Среда может изменить поляризацию

При прямой наземной связи поляризацию в основном задают антенны и местные отражения. При ионосферном распространении направление поля может заметно поворачиваться из-за взаимодействия плазмы с магнитным полем Земли — это называют вращением Фарадея.

Поэтому на КВ поляризация пришедшей волны часто не совпадает с исходной и меняется со временем. Жёсткое правило «обе антенны должны стоять одинаково» особенно важно для прямой VHF/UHF-связи, но значительно слабее работает для дальней ионосферной связи.