Zirkular polarisierte Patchantennen:
Was versteht man unter Zirkularpolarisation?
Unter Zirkularpolarisation versteht man prinzipiell eine sich drehende Polarisationebene des elektromagnetisches Feldes. Die Polarisationsebene ist also nicht wie bei den linear polarisierenden Antennen horizontal oder vertikal sondern rotiert im bzw. gegen den Uhrzeigersinn, dementsprechend spricht man auch von links- bzw. rechtdrehend zirkularer Polarisation.
Wird eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle mit einer Antenne empfangen, so ist darauf zu achten, dass die Empfangsantenne in der selben Drehrichtung, also links- bzw. rechtsdrehend aufgebaut ist, sonst verliert man beim Empfang 3 dB, also 50%. Ebenso verhält es sich, wenn zum Empfang linear polarisierte Antennen verwendet werden!
Um eine zirkular polarisierte elektromagnetische Welle zu erzeugen, gibt es mehrere Möglichkeiten, z.B.:
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Verwendung zweier linear polarisierter Antennen, die in einem Winkel von 90° zueinander stehen und deren Speisesignale einen Phasenunterschied von Lamda/4 bzw. 90° zueinander haben.
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Verwendung einer Helixantenne, die wie ein Korkenzieher links oder rechts gewickelt ist.
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Verwendung einer Patchantenne
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U.v.a.m.
Auch beim Aufbau einer zirkular polarisierter Patchantenne gibt es mehrere Möglichkeiten:
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Eine Patchantenne mit quadratischer Grundfläche und zwei Einspeise-Punkten in der Nähe zweier benachbarter Seiten: Die jeweils gegenüberliegenden Seiten eines Quadrats bilden die Spannungs- uns Widerstandsmaxima der Antenne, das Spannungs- und Widerstandsminimum befindet sich daher am Schnittpunk der beiden Diagonalen und in der Mitte der Seiten. Um eine zirkulare Polarisation zu erzeugen wählt man daher zwei Einspeisepunkte an benachbarten Seiten am jeweiligen 50 Ohm-Punkt. Beim Einspeisen zweier Signale, die zueinander um 90° phasenverschoben sind entstehen somit wie oben zwei Antennen, die zueinander normal stehen und eine Zirkilarpolarisation erzeugen. Würde man nur eine EinSpeisung in der Mitte de Quadrats wählen, so würde man nur ein diagonal polarisiertes elektromagnetisches Feld aus der sich überlagernden horizontalen unt vertikalen Komponente erhalten... In der Praxis wird dieser Antennentyp jedoch nicht verwendet, da die Realisierung der Einspeisung zu aufwändig ist...
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Eine rechteckige Patchantenne mit einer Einspeisung entlang der Diagonale am 50 Ohm Punkt:
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Ein Rechteck hat zwei unterschiedlich lange Seiten, somit ergeben sich auch zwei unterschiedliche Resonanzfrequenzen. Diese ergeben sich durch die jeweilige Seitenlänge s=Lamda/2. man wählt diese so, dass die gewünschte Arbeitsfrequenz der Antenne möglichst genau in der Mitte dazwischen liegt. Bei der gewünschten Arbeitsfrequenz ist quasi eine Seite bzw. Strahler elektrisch zu lang und wird oberhalb seiner Resonanzfrequenz betrieben und ist entsprechend mit einem kapazitiven Imaginäranteil (idealerweise 50 + i50 somit ergibt sich eine Phasenverschiebung von 45°) behaftet, der elektrisch zu kurze Strahler arbeitet unterhalb seiner Resonanzfrequenz und ist entsprechend mit einem induktiven Imaginäranteil belegt (idealerweise 50 - i50 somit ergibt sich eine Phasenverschiebung von 45°). Die Impedanzen beider Strahler addieren sich also idealerweise zu Z=50-i50+i50 = 50, der Phasenwinkel zwischen Strom und Spannung beträgt ingesam 90°. Somit bleibt nur noch der Realanteil übrig. Da die dabei entstehenden normal zueinander linear polarisierten elektromagnetischen Wellen zudem noch um 90° zueinander phasenverschoben sind entsteht dadurch innerhalb einer Bandbreite von 1-3 % der Arbeitsfrequenz eine zirkular polarisierte elektromagnetisch Welle.
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Quadratische Patchantenne mit ausgeschnittenen Ecken und Einspeisepunkt entang der Diagonale:
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Die „Größe der ausgestanzten Ecken“ bestimmt den Unterschied der beiden Resonanzfrequenzen (….und wirkt damit wie unterschiedliche Kopplung bei einem Zweikreis-Bandfilter). Nun sind die Patch-Diagonalen unterschiedlich lang und bilden die beiden Strahler.
