Polarização de ondas eletromagnéticas

Polarização de ondas elétromagnéticas

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Polarização é a direção do vetor correspondente ao campo elétrico irradiado da antena transmissora (Definição Anatel e Ministério das Comunicações).

Se analisarmos o parágrafo acima, não tenho dúvida que este possa assustar em um primeiro momento. Mas tentarei explicar de maneira simples, onde possam fazer o uso da informação para a compra e instalações de antenas.

Antes de tudo, vocês deverão compreender o que são ondas eletromagnéticas, pois do contrário não irão entender o que seja polarização. Para isso, sugiro a leitura das seguintes postagens:

Dê uma maneira simples, a onda eletromagnética é composta de dois campos, o elétrico e o magnético, sempre situados em planos ortogonais (planos fisicamente a 90 graus).

Onda Eletromagnética
Ondas Eletromagnéticas

Fase

Todas as vezes que falamos de polarização, sempre vemos a palavra fase. E esta tem um grande papel para determinar o tipo de polarização. Destarte, uma onda senoidal pode ser entendida como um movimento circular que se propaga ao longo de um eixo, o qual pode representar uma distância ou tempo. A relação desse movimento com um ponto de referência é chamada de fase.

Fase
Fase

Se a crista de duas ondas se formam no mesmo instante, então essa parte das duas ondas estão em fase. Mas podem ocorre defasagens, como mostrada no exemplo abaixo, onde existe uma defasagem de 90º. E de acordo com a defasagem ou não, é que podemos determinar a polarização.

Defasamento 90º
Defasamento 90º

Polarização Linear

A polarização é amplamente utilizada na tecnologia. Os televisores LCD usam cristais líquidos para controlar a passagem de luz em cada pixel, também óculos solares podem ser polarizados, o que pode reduzir o contraste sendo estas das mais comuns aplicações.

Todas as antenas de recepção e transmissão a rádio são intrinsecamente polarizadas. A maioria das antenas irradia polarizações linear, circular e algumas elíptica.

A polarização linear,  possui sua onda sempre situada no mesmo plano. Portanto, temos a polarização Linear Vertical e horizontal. Esta é amplamente utilizada na banda C e Ku, tanto vertical como horizontal.

Um dipolo posicionado verticalmente, alimentado por um gerador de frequência F, gera portanto uma onda eletromagnética polarizada verticalmente, pois o componente campo elétrico está no plano vertical (e consequentemente, o componente campo magnético está no plano horizontal).

Polarização linear vertical
Polarização linear vertical

A imagem acima mostra o vetor do campo elétrico, e este está na vertical, pois sua onda está sempre no mesmo plano.

Polarização linear horizontal
Polarização linear horizontal

Esta última figura mostra a Polarização linear horizontal, mostrando apenas o vetor do campo elétrico (o magnético está sempre presente e a 90 graus físicos).

A combinação de duas ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra horizontal, e eletricamente em fase, resulta em uma onda linearmente polarizada inclinada.

Polarização linear inclinada
Polarização linear inclinada

Polarização circular

A combinação de duas ondas linearmente polarizadas, uma vertical e outra horizontal, de mesma amplitude e eletricamente defasadas de 90 graus, resulta em uma onda circularmente polarizada.

Onda circular polarizada
Onda circular polarizada

Percebam na imagem acima, a existência de duas ondas linearmente polarizadas (As ondas verde e vermelha). Quando ela é circular, ela possuí uma defasagem de 90º. E será essa defasagem que irá torná-la circular, como podemos ver na imagem acima.

A direção de rotação irá depender da relação entre as fases. Chamemos a estes casos de polarização circular direita (Right – RHCP) e polarização circular esquerda (Left – LHCP), dependendo da rotação do vetor.

RHCP
RHCP

A figura acima mostra dois dipolos cruzados A e B, sendo B alimentado com 90 graus de defasamento (atrasado) em relação ao dipolo A, e alimentados com as polaridades instantâneas indicadas (+). No pico positivo da tensão senoidal aplicada ao dipolo A, este gera o vetor 1, que será o primeiro a deixar a antena e a atravessar o plano. Um quarto de período mais tarde, é a vez do dipolo B receber o pico positivo da senóide, pois está atrasado 90 graus, e gerar então o vetor 2, que será o segundo a atravessar o plano imaginário, e assim por diante, quando chegar o pico negativo no dipolo A gerando o vetor 3, e depois o pico negativo da senóide no dipolo B gerando o vetor 4 .

Trocando a fase para +90 graus, ou invertendo a polaridade (fase) de uma das ondas, teremos uma onda com polarização circular a esquerda LHCP (Left-Hand circular polarization).

*  A definição para luz com polarização circular é invertida em relação a definição da IEEE para antenas e ondas de radio, que é adotada pela AMSAT, e outras entidades.

Polarização Elíptica

A polarização elíptica caracteriza-se pela rotação do vetor intensidade de campo elétrico num dado ponto fixo concomitantemente com a variação da intensidade ou módulo a fim de se formar uma elipse.

No espaço bidimensional, ela ocorre quando a polarização não é linear e nem circular. Isso significa que ela ocorre nas condições onde há duas componentes lineares ortogonais do campo elétrico e, se estas forem da mesma amplitude, diferença de fase entre elas não poderá ser igual a um múltiplo ímpar de 90º, caso contrário haveria uma polarização circular.

De outra forma, se as amplitudes forem diferentes ou iguais, a diferença de fase entre elas não poderá ser 0º ou 180º. Se não existiria uma polarização linear.

Igualmente em polarizações circulares, a definição RHCP e LHCP é aplicada em polarizações elípticas, a qual é determinada em função da diferença de fase das componentes do campo elétrico. Ademais, elas também são definidas pela razão axial, cujo o valor é determinado pela razão entre o eixo maior e pelo eixo menor.

Polarização Elíptica
Polarização Elíptica

Conclusão

Podemos concluir que existem 3 tipos de polarizações (Linear, circular e elíptica). Os fatores mais determinantes para a diferenciação de cada uma delas, é o plano em que cada uma se encontra, e a fase ou defasagem da componente elétrica.

Referências:

  1. Polarização de ondas
  2. Fase
  3. Polarização
  4. Síntese de antenas para polarizações tridimensionais

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