天线极化是非常重要的天线参数天线的极化是以天线辐射最大方向的电磁波中电场强度来定义的
例如一副水平架设在地面上方的半波偶极天线电场在垂直于天线轴即与导线垂直方向最大并且平行于地表因此在这个例子中由于最大的电场是水平的我们规定这副天线的极化也是水平的如果偶极天线竖直架设其极化方向将为垂直极化如图114所示请注意如果天线是在自由空间中由于没有参照平面其极化方向就无法确定了
由几个半波长单元排列而成的天线各单元的轴向相互平行或重合因此天线的极化方向与任意一个单元的极化方向一致例如由一组水平极化偶极天线组成的阵列是水平极化的但是如果天线阵中同时使用水平极化和垂直极化单元并按同相关系辐射电磁波极化方向就要看每个单元对辐射出去的电磁场的贡献了在这种情况下天线的极化方式仍为线极化但会在水平极化与垂直极化之间发生倾斜
图114地面上偶极天线的垂直与水平极化
极化方向为最大电场方向相对于地面的方向
在辐射并非最强的方向上即使是简单的偶极天线所辐射出去的电磁波也是由水平极化波与垂直极化波组成的在水平架设的偶极天线末端辐射出去的电磁波实际上是垂直极化的只是其幅度远小于整副天线辐射的水平极化波极化是会随方向而变化的
因此在分析天线时经常在球坐标系中分析天线的方向图而不只是线性地在水平或垂直面上分析见图115球坐标系中的参考轴在天线下方垂直于地面顶角通常用
表示希腊字母theta方位角通常用
表示希腊字母phi大部分业余无线电爱好者都不喜欢用顶角他们更熟悉仰角当顶角为0的时候仰角为90也就是在头顶正上方美国人写的NEC或MININEC天线分析程度使用顶角而不用仰角但大部分商用版本可以自动地把仰角转化为顶角
如果天线阵的垂直极化和水平极化单元采用非同相馈电馈电给垂直极化单元的射频信号与馈电给水平极化单元的射频信号在时间上非同相这时天线的极化方式为椭圆极化圆极化是椭圆极化的一个特例圆极化波经过固定观察者时看起来是在旋转的每个周期变化360在每时刻场强都是相等的圆极化波常用于空间通信我们会在空间通信天线章节中详细讨论
天波传播通常会改变电磁波的极化方式在无线电波传播中会详细讨论因此在330mHz这个频率范围由于几乎所有的通信都是通过天波来传播的接收天线和发射天线的极化方式不需要相同除几英里距离的情况外在这个频率范围中天线的极化方式通常由天线实际可以达到的高度附近人为射频噪声源的极化方式可能由于附近物体而出现的能量损失干扰邻近广播或电视接收的可能性以及天线架设的方便程度等因素共同决定
图115图中表示了位于虚拟球面上P点的点源天线
图115图中表示了位于虚拟球面上P点的点源天线该坐标系角度的变化以x轴y轴和袖轴为参考
天线两极化
天线水平极化
天线垂直极化