Polarisation II

In der Klasse N haben wir gelernt, dass eine Antenne vertikal oder horizontal polarisiert sein. Das erkennt man bei den meisten Antennenbauformen daran, dass die Antennen-Elemente senkrecht (vertikal) oder waagerecht (horizontal) ausgerichtet sind. In der Klasse E werden nun konkrete Antennenformen abgefragt.

EB309: Die Polarisation des Sendesignals in der Hauptstrahlrichtung dieser Richtantenne ist ...
1) Kurzbeschreibung: Perspektivische Darstellung einer Richtantenne mit fünf horizontalen Elementen. Die Antenne ist an einem vertikalen Mast auf einem Gitterturm befestigt.

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung zeigt eine Richtantenne bestehend aus einem horizontalen Träger mit drei kürzeren horizontalen Elementen links, einem horizontalen Schleifenelement und einem längeren horizontalen Element rechts davon. Die Antenne ist an einem vertikalen Mast auf einem Gitterturm befestigt.

Die Antennenelemente dieser Antenne sind parallel zum Erdboden. Sie entsprechen der elektrischen Feldkomponente. Also handelt es sich um eine horizontal polarisierte Antenne.

EB310: Die Polarisation des Sendesignals in der Hauptstrahlrichtung dieser Richtantenne ist ...
1) Kurzbeschreibung: Perspektivische Darstellung einer Richtantenne mit fünf vertikalen Elementen. Die Antenne ist an einem vertikalen Mast auf einem Gitterturm befestigt.

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung zeigt eine Richtantenne bestehend aus einem horizontalen Träger mit drei kürzeren vertikalen Elementen links, einem vertikalen Schleifenelement und einem längeren vertikalen Element rechts davon. Die Antenne ist an einem vertikalen Mast auf einem Gitterturm befestigt.

Die Antennenelemente dieser Antenne sind senkrecht zum Erdboden. Sie entsprechen der elektrischen Feldkomponente. Also handelt es sich um eine vertikal polarisierte Antenne.

Dass die Polarisationsrichtung oft mit der geometrischen Anordnung der Antennenelemente übereinstimmt liegt daran, dass meistens Antennen eingesetzt werden, bei denen die Leiteranordnung geometrisch mit der Richtung des elektrischen Feldes übereinstimmt. Die Angabe „horizontal“ oder „vertikal“ bezieht sich nämlich vereinbarungsgemäß auf die Ausrichtung des elektrischen Feldes und nicht auf die Ausrichtung des magnetischen Feldanteils.

Die einfache Merkregel, dass geometrisch vertikal angeordnete Antennen vertikal polarisieren und horizontal angeordnete Antennen horizontal polarisieren stimmt nicht im Allgemeinen. So weist beispielsweise eine horizontal liegende Magnetic-Loop-Antenne eine vertikale Polarisation auf und eine vertikal liegende Magnetic-Loop entsprechend eine horizontale Polarisation. Bei einer Ganzwellenschleifenantenne (z. B. Delta-Loop) hingegen hängt die Polarisationsrichtung von der Positionierung der Einspeisung ab. Bei Dipol- und Yagi-Uda-Antennen kann man die Polarisation aber anhand der mechanischen Ausrichtung der Drähte erkennen, da sich in dieser Richtung auch das elektrische Feld ausbildet.

EG222: Die Polarisation einer Antenne ...

Die Bezugsebene der Polarisation ist bei terrestrischen Funkstellen stets die Erdoberfläche. Maßgebend für die Angabe der Polarisation ist die Ausrichtung des elektrischen Feldes.

EB305: Die Polarisation einer elektromagnetischen Welle ist durch die Richtung ...

Der hier vorkommende Poynting-Vektor ist ein Vektor, der sowohl auf der elektrischen als auch der magnetischen Feldkomponente senkrecht steht, also in Ausbreitungsrichtung zeigt. Für die Feststellung der Polarisation ist aber die Ausrichtung der elektrischen Feldkomponente maßgeblich.

EB306: Das folgende Bild zeigt eine Momentaufnahme eines elektromagnetischen Feldes. Welche Polarisation hat die skizzierte Welle?
1) Kurzbeschreibung: Perspektivische Darstellung von sinusförmigen Feldlinien in einer gestrichelt dargestellten vertikalen und einer mit durchgezogenen Linien dargestellten horizontalen Ebene über dem Erdboden. Pfeile in regelmäßigen Abständen deuten die jeweilige Auslenkung von einer nach rechts gerichteten Grundlinie „S“ an, die parallel zum Erdboden verläuft.

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung zeigt sinusförmige Feldlinien in einer gestrichelt dargestellten vertikalen und einer mit durchgezogenen Linien dargestellten horizontalen Ebene über dem Erdboden. In regelmäßigen Abständen eingezeichnete Pfeile zeigen die jeweilige Auslenkung von einer nach rechts gerichteten Grundlinie „S“, die parallel zum Erdboden verläuft. In Bezug auf die Position auf der Grundlinie „S“ korrelieren die Maxima in der horizontalen Ebene (mit „E“ bezeichnet) mit den Maxima in der vertikalen Ebene (mit „H“ bezeichnet).

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Die Grafik zeigt einen dreidimensionalen Pfeil, der nach rechts oben zeigt und mit einem
Abbildung NE-19.7.1: Horizontale Polarisation

Die elektrische Feldkomponente ist parallel zum Erdboden, also handelt es sich um eine horizontale Polarisation. Nebenbei: der Richtungspfeil „S“ zeigt in Ausbreitungsrichtung, es handelt sich um den Poyinting-Vektor.

EB307: Das folgende Bild zeigt eine Momentaufnahme eines elektromagnetischen Feldes. Welche Polarisation hat die skizzierte Welle?
1) Kurzbeschreibung: Perspektivische Darstellung von sinusförmigen Feldlinien in einer gestrichelt dargestellten horizontalen und einer mit durchgezogenen Linien dargestellten vertikalen Ebene über dem Erdboden. Pfeile in regelmäßigen Abständen deuten die jeweilige Auslenkung von einer nach rechts gerichteten Grundlinie „S“ an, die parallel zum Erdboden verläuft.

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung zeigt sinusförmige Feldlinien in einer gestrichelt dargestellten horizontalen und einer mit durchgezogenen Linien dargestellten vertikalen Ebene über dem Erdboden. In regelmäßigen Abständen eingezeichnete Pfeile zeigen die jeweilige Auslenkung von einer nach rechts gerichteten Grundlinie „S“, die parallel zum Erdboden verläuft. In Bezug auf die Position auf der Grundlinie „S“ korrelieren die Maxima in der vertikalen Ebene (mit „E“ bezeichnet) mit den Maxima in der horizontalen Ebene (mit „H“ bezeichnet).

Hier ist die magnetische Feldkomponente parallel zur Erdoberfläche. Die elektrische Feldkomponente steht darauf senkrecht, also handelt es sich um eine vertikale Polarisation.

Ein dreidimensionales Diagramm zeigt zwei sinusförmige Wellen, die senkrecht zueinander stehen. Die gelbe senkrechte Welle ist mit
Abbildung NE-19.7.2: Vertikale Polarisation

In den bisherigen Beispielen waren die elektrischen und magnetischen Feldkomponenten zeitlich in Phase (ihre Sinusschwingungen haben ihre Nulldurchgänge zur selben Zeit). Dennoch stehen sie räumlich senkrecht aufeinander.

Wir können aber die elektrische Feldkomponente auch so erzeugen, dass sich ihre Ausrichtung im Raum zeitlich ändert, zum Beispiel, indem man zwei senkrecht auf einander stehende Dipole verwendet. Wenn diese Dipole in Ausbreitungsrichtung eine Viertelwellenlänge voneinander entfernt sind und in gleicher Phase gespeist werden, dreht sich die abgestrahlte elektrische Feldkomponente zeitlich kreisförmig im Raum. Wir können auch zwei senkrecht auf einander stehende Dipole verwenden, die in derselben Ebene befinden. Speisen wir diese Dipole mit zwei sinusförmigen Signalen, die zeitlich um 90° gegen einander verschoben sind, ergibt sich dasselbe Bild. Die magnetische Feldkomponente steht immer noch und zu jeder Zeit senkrecht auf der elektrischen, sie dreht sich also ebenfalls im Raum. Diese Wellen nennt man zirkuar polarisiert.

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Eine Grafik zeigt zwei sich kreuzende Wellenmuster in Grün und Orange, welche in Bewegungsrichtung entlang eines grauen Pfeils mit der Beschriftung
Abbildung NE-19.7.3: Zirkulare Polarisation

EB308: Das folgende Bild zeigt eine Momentaufnahme eines elektromagnetischen Feldes. Welche Polarisation hat die skizzierte Welle?
1) Kurzbeschreibung: Perspektivische Darstellung von zwei spiralförmigen Feldlinien, die in gleichmäßigem Abstand zueinander um eine nach rechts gerichtete, parallel zum Erdboden verlaufende Grundlinie „S“ verlaufen. Eine der Feldlinien ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt, die andere um 90° versetzt in gestrichelter Form. Pfeile in regelmäßigen Abständen deuten die jeweilige Auslenkung von der Grundlinie „S“ an.

2) Ausführliche Beschreibung: Die Abbildung zeigt zwei spiralförmige Feldlinien, die in gleichmäßigem Abstand zueinander um eine nach rechts gerichtete Grundlinie „S“ verlaufen. Eine der Feldlinien ist mit einer durchgezogenen Linie dargestellt, die andere um 90° versetzt in gestrichelter Form. Pfeile in regelmäßigen Abständen deuten die jeweilige Auslenkung von der Grundlinie „S“ an, die parallel zum Erdboden verläuft. Die Auslenkung in der horizontalen Ebene ist mit „E“ beschriftet, die in der vertikalen Ebene mit „H“.

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