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 zur Erdoberfläche ausgerichtet sein. Antennen mit nicht übereinstimmender Polarisation verlieren an Signalstärke. Daher ist die Abstimmung der Polarisation von Sender und Empfänger unerlässlich. Zweitens dreht die zirkulare Polarisation das elektrische Feld, während sich die Welle ausbreitet. Sie kann rechts- oder linkszirkular sein, abhängig von der Rotationsrichtung. Dieser Typ widersteht Signalverschlechterungen durch Reflexionen oder Mehrwegeffekte. GNSS-Satelliten verwenden beispielsweise eine rechtszirkulare Polarisation. Drittens kombiniert die elliptische Polarisation lineare und zirkulare Eigenschaften. Das elektrische Feld beschreibt eine Ellipse anstelle eines Kreises oder einer geraden Linie. Dies resultiert aus ungleichen Signalamplituden in zwei senkrechten Komponenten.
Polarisation beeinflusst Signalstärke, -qualität und -zuverlässigkeit. Eine korrekte Polarisation gewährleistet eine effiziente Energieübertragung zwischen Sende- und Empfangsantennen. Wenn die Polarisation abweicht, treten Verluste auf, die als Polarisationsfehlanpassung bezeichnet werden. Diese Verluste können in schweren Fällen mehrere Dezibel erreichen. Zusätzlich beeinflussen Umweltfaktoren die Polarisation. Reflexionen von Gebäuden oder Oberflächen können die Ausrichtung der Welle verändern. Infolgedessen kann der Signalempfang beeinträchtigt werden oder schwanken. Zirkulare Polarisation hilft, solche Effekte in mobilen oder dynamischen Umgebungen zu reduzieren. Darüber hinaus bestimmt die Antennenausrichtung die Polarisation. Eine Drehung ändert ihre Polarisationsebene. Die Antenne muss bei der Installation korrekt ausgerichtet werden. Diese Ausrichtung ist entscheidend für Kommunikationssysteme, Radargeräte und Navigationsreceiver.
Polarisationsdiversität kann die Systemleistung verbessern. Dabei werden mehrere Antennen mit unterschiedlichen Polarisationen verwendet. Diese Konfiguration erhöht die Signalzuverlässigkeit unter anspruchsvollen Bedingungen.
Was ist die optimale Wahl für GNSS-Systeme?
GNSS-Systeme verwenden typischerweise Antennen mit rechtshändiger Zirkularpolarisation (RHCP). Der Hauptgrund dafür ist, dass die Zirkularpolarisation physikalische Orientierungsfehler besser toleriert. Wenn wir beispielsweise mit einer vertikal ausgerichteten Stabantenne (vertikale Polarisation) senden und mit dem gleichen Typ empfangen, ist das Signal stark, wenn beide Antennen vertikal ausgerichtet sind. Dreht sich die Empfangsantenne jedoch um 90 Grad in horizontale Polarisation, 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 90-Grad-Phasenverschiebung kombiniert. Die Richtung dieser Phasenverschiebung bestimmt, ob die Antenne eine rechtshändige Zirkularpolarisation (RHCP) oder eine linkshändige Zirkularpolarisation (LHCP) erzeugt.
