Die Antennenpolarisation bezieht sich auf die Ausrichtung des elektrischen Feldes der abgestrahlten elektromagnetischen Welle. Dieses Feld bestimmt, wie Antennen Signale senden und empfangen. Die Polarisation kann je nach Antennendesign linear, zirkular oder Elliptisch sein.
Erstens hat die lineare Polarisation eine konstante Richtung des elektrischen Feldes. Sie kann vertikal oder horizontal relativ zur Erdoberfläche sein. Antennen mit nicht übereinstimmender Polarisation verlieren Signalstärke. Daher ist es wichtig, die Polarisation von Sender und Empfänger anzupassen. Als Nächstes dreht die zirkulare Polarisation das elektrische Feld, während sich die Welle ausbreitet. Sie kann rechts- oder linkszirkular sein, abhängig von der Drehrichtung. Diese Art widersteht der Signalverschlechterung durch Reflexionen oder Mehrwegeeffekte. GNSS-Satelliten verwenden beispielsweise die rechtszirkulare Polarisation. Dann kombiniert die elliptische Polarisation lineare und zirkulare Eigenschaften. Das elektrische Feld zeichnet eher eine Ellipse als einen Kreis oder eine gerade Linie. Sie resultiert aus ungleichen Signalamplituden in zwei senkrechten Komponenten.
Die Polarisation beeinflusst Signalstärke, Qualität und Zuverlässigkeit. Die richtige Polarisation gewährleistet eine effiziente Energieübertragung zwischen Sende- und Empfangsantennen. Wenn sich die Polarisation unterscheidet, treten Verluste auf, die als Polarisationsfehlanpassung bezeichnet werden. Diese Verluste können in schweren Fällen mehrere Dezibel erreichen. Darüber hinaus beeinflussen Umweltfaktoren die Polarisation. Reflexionen von Gebäuden oder Oberflächen können die Ausrichtung der Welle verändern. Infolgedessen kann sich der Signalempfang verschlechtern oder schwanken. Die zirkulare Polarisation hilft, solche Effekte in mobilen oder dynamischen Umgebungen zu reduzieren. Darüber hinaus bestimmt die Antennenausrichtung die Polarisation. Das Drehen ändert ihre Polarisationsebene. Diese Werkzeuge müssen bei der Installation richtig ausgerichtet werden. Diese Ausrichtung ist entscheidend für Kommunikationssysteme, Radare und Navigationsempfänger.
Polarisationsdiversität kann die Systemleistung verbessern. Sie verwendet mehrere Antennen mit unterschiedlichen Polarisationen. Dieses Setup erhöht die Signalzuverlässigkeit unter schwierigen Bedingungen.
Was ist die optimale Wahl für GNSS-Systeme?
GNSS-Systeme verwenden typischerweise rechtszirkular polarisierte (RHCP) Antennen. Der Hauptgrund dafür ist, dass die zirkulare Polarisation Fehlanpassungen der physischen Ausrichtung besser toleriert. Wenn wir beispielsweise mit einer vertikal ausgerichteten Peitschenantenne (vertikale Polarisation) senden und mit dem gleichen Typ empfangen, ist das Signal stark, wenn beide Antennen vertikal ausgerichtet sind. Wenn sich die Empfangsantenne jedoch um 90 Grad zur horizontalen Polarisation dreht, sinkt die Signalstärke um 20 Dezibel oder mehr. Dies geschieht, weil eine horizontal polarisierte Antenne ein vertikal polarisiertes Signal schlecht empfängt.
Eine zirkular polarisierte Antenne kombiniert zwei Antennen: eine horizontal polarisierte und eine vertikal polarisierte. Ihre Ausgänge werden mit einer Phasenverschiebung von 90 Grad kombiniert. Die Richtung dieser Phasenverschiebung bestimmt, ob die Antenne eine rechtszirkulare Polarisation (RHCP) oder eine linkszirkulare Polarisation (LHCP) erzeugt.