Что такое круговая поляризация? Большая энциклопедия нефти и газа.

Любая антенна, к примеру, "BOF-5xxx + Отражатель" имеет некий сектор излучения. Распространяясь в этом секторе, часть электро-магнитной энергии уходит в космос, не достигая антенны приёмника. Часть энергии, излучённая ниже уровня горизонта, попадает на поверхность земли. При этом энергия частично поглощается поверхностью, а частично отражается от земли. Этот, отражённый сигнал, так же попадает в приёмную антенну. Суммируясь в приёмной антенне с некоторым временным опозданием и со случайной фазой по отношению к основному сигналу, отражённый сигнал является значительной помехой.

Особенностью радиоволн с эллиптической поляризацией является то, что при отражении сигнала, меняется вектор его вращения на противоположный.

Рис.2. Изменение направления вращения при отражении эллиптически поляризованной волны.

Излучённый сигнал с правосторонним вращением после отражения будет вращаться влево. При линейной поляризации сигнал при отражении сохраняет свой вектор поляризации.

Рис.3. Изменение вектора поляризации при отражении радиоволны, имеющей эллиптическую поляризацию.

Антенны круговой поляризации не принимают сигнал противоположного вращения.

И поэтому на приёмной антенне, отражённый сигнал, теперь в противоположной поляризации, Э.Д.С не наведёт. Приёмная антенна просто не "увидит" этот сигнал.

При построении беспроводных каналов связи на антеннах круговой поляризации, следует учитывать особенность отражения сигнала в зеркальных антеннах. Применяя в такой антенне активный элемент, излучающий с правостороннем вращением поляризации (например, облучатель BOF-2xxx RHCP), от антенны Вы получите сигнал с левосторонним вектором вращения (LHCP).

Поэтому, такая антенна (прим.: "Тарелка+BOF-2xxx RHCP") будет работать только с антеннами LHCP-поляризации. И, соответственно, наоборот.

Рис.4. Волна с круговой поляризацией меняет вектор направленности при отражении от параболического рефлектора.

Заметьте, что сменить поляризацию простым поворотом антенн на 90°, как Вы это могли делать с антеннами линейной поляризации, не получится. Вектор поляризации задается в процессе производства антенн и не может быть изменен пользователем.

А потому, продумайте конфигурацию Вашей сети и возможное её дальнейшее развитие (расширение) перед заказом оборудования.

Если сами затрудняетесь определиться какое оборудование Вам нужно - обратитесь к нам. Мы подберем Вам только нужное оборудование, работающее друг с другом. Минимальный набор оптимальных товаров, без "втирания" ненужного хлама.

Другое преимущество использования антенн с круговой поляризацией

В идеальных условиях, когда сигнал распространяется без препятствий, нет никакой разницы в том, как ориентирован в пространстве вектор поляризации сигнала.

В реальной же ситуации, существует масса препятствий, преград на пути распространения радиосигнала. Часть препятствий сигнал свободно проходит, на некоторых частично ослабляется, на третьих - полностью или частично отражается или безвозвратно поглощается.

На рисунке 5 наглядно показано распространение радиоволн с линейной поляризацией, на пути которых встречаются препятствия в виде ряда параллельных металлических стержней, расположенных вертикально и горизонтально.

Рис.5. Прохождение сигнала линейной поляризации через ряд параллельных металлических преград.

Радиоволны, имеющие вертикальную поляризацию полностью отражаются от вертикально ориентированных проводящих препятствий. Но при этом сигнал, имеющий горизонтальную поляризацию, практически без ослабления преодолевает это препятствие.

Напротив радиоволна, имеющая горизонтальную поляризацию, беспрепятственно проникает сквозь ряд вертикальных металлических преград.

Всего лишь одно препятствие, расположенное под углом в 45 градусов, наполовину ослабляет уровень сигнала. Причем это справедливо и для вертикальной, и для горизонтальной поляризации. (См. рис.6)

Рис. 6. Влияние на распространение сигнала помехи, расположенной под углом в 45 градусов.

В реальной практике преодолеть ряд вертикально и горизонтально ориентированных препятствий линейно поляризованная волна не может.

Ситуация хотя и кажется "лабораторной", искусственно созданной, на практике является самой распространенной. Причем эти самые препятствия чаще не бывают строго ортогональными, а наоборот имеют гамму вариаций.

Рисунок 6 наглядно иллюстрирует изменения линейно поляризованного сигнал после прохождения сквозь всего лишь одного дерева:

Рис.6. Прохождение сигнала с линейной поляризацией сквозь крону всего одного дерева.

Обратите внимание на принимающую сторону. Сигнал на антенну приходит ослабленный; одновременно приходит переотраженный сигнал, причем не в фазе основного сигнала

Происходит не только многократные отражения сигнала, причём в разных направлениях, его рассеивание в пространстве, но и искажение вектора поляризации при отражении.

В итоге на приёмную антенну попадает многолучевой сигнал разнородный по уровню сигнала и по поляризации; имеющий случайную фазу и время задержки из-за разного пройденного расстояния.

Все сигналы, попавшие в приёмную антенну с опозданием от основного сигнала, становятся помехой (шумом).

Нередко в таких случаях, при очень высоком уровне принимаемого сигнала, устанавливается низкая канальная скорость. Вызвано это тем, что только простые виды модуляции могут безошибочно детектироваться в условиях многолучевого интерференционного приёма.

Можно ли как-то с этим бороться?

Единственное, что реально работает в подобных условиях - антенны с эллиптической поляризацией.

Их "дальнобойность и пробиваемость" объясняется особенностью прохождения радиоволн с вращающимся вектором поляризации сквозь препятствия.

Рис.7. Прохождение сигнала эллиптической поляризации через ряд преград. Наш "лабораторный" пример.

Мы видим, что при прохождении параллельно ориентированных препятствий, сигнал эллиптической поляризации теряет только половину своей энергии на отражение, причём абсолютно независимо от расположения этих препятствий. На практике сигнал эллиптической поляризации, как штопор сквозь пробку, проникает через "сложные" препятствия там, где линейная поляризация бессильна.

Рассмотрим на примере как будет проходить сигнал с эллиптической поляризацией сквозь то же самое дерево (что и в примере выше). И как этот сигнал будет восприниматься приёмной антенной.

Очевидно, что вне зависимости от вектора поляризации, переотражаться сигнал будет одинаково.

Т.е. на выходе из кроны мы увидим примерно одинаковую картину, как в случае с линейной поляризацией (см. рис.6), так и в случае с эллиптической поляризацией.

В распространении радиоволн эллиптической поляризации наблюдается точно такая же интерференция сигнала, как и в случае с линейно поляризованным сигналом. Однако, отраженные сигналы эллиптической поляризации приходят на антенну в противоположной поляризации, практически не оказывая никакого влияния на уровень основного сигнала, т.к. с ним не суммируются.

А все сигналы, пришедшие в одной поляризации с основным, суммируются, повышая общий уровень принятого сигнала. Они имеют разную временну ю задержку, т.е. фазу (угол вхождения сигнала в антенну). На выходе антенны будет регистрироваться один сигнал с задержкой, определяемой векторным сложением. Причем этот выходной сигнал будет "гулять" только по уровню и по временной задержке.

Этими особенностями и обусловлена такая высокая "проникаемость" эллиптически поляризованного сигнала.

В реальных условиях системы MIMO "УМЕЮТ" ЛУЧШЕ развязывать каналы именно на эллиптической поляризации. А значит, в таких системах при работе на антеннах с круговой поляризацией выше скорость и стабильнее связь.

Демонстрация поляризации волн: шнур от ротора перед щелью колеблется по кругу, а за щелью до точки закрепления - линейно

Поляриза́ция волн - характеристика поперечных волн , описывающая поведение вектора колеблющейся величины в плоскости, перпендикулярной направлению распространения волны.

Виды поляризации

Поперечная волна характеризуется двумя направлениями: волновым вектором и вектором амплитуды , всегда перпендикулярным к волновому вектору. Волновой вектор показывает направление распространения волны, а вектор амплитуды показывает, в какую сторону происходят колебания. В трёхмерном пространстве имеется ещё одна степень свободы - возможность вращения вектора амплитуды вокруг волнового вектора.

Причиной возникновения поляризации волн может быть:

• несимметричная генерация волн в источнике возмущения;
• анизотропность среды распространения волн;
• преломление и отражение на границе двух сред.

Теория явления

Электромагнитная волна может быть разложена (как теоретически, так и практически) на две поляризованные составляющие, например, поляризованные вертикально и горизонтально. Возможны другие разложения, например, по иной паре взаимно перпендикулярных направлений, или же на две составляющие, имеющие левую и правую круговую поляризацию. При попытке разложить линейно поляризованную волну по круговым поляризациям (или наоборот) возникнут две составляющие половинной интенсивности.

Как с квантовой, так и с классической точки зрения, поляризация может быть описана двумерным комплексным вектором (вектором Джонса ). Поляризация фотона является одной из реализаций q-бита .

Линейную поляризацию имеет обычно излучение антенн .

По изменению поляризации света при отражении от поверхности можно судить о структуре поверхности, оптических постоянных, толщине образца.

Если рассеянный свет поляризовать, то, используя поляризационный фильтр с иной поляризацией, можно ограничивать прохождение света. Интенсивность света, прошедшего через поляризаторы, подчиняется закону Малюса . На этом принципе работают жидкокристаллические экраны .

Некоторые живые существа, например пчёлы, способны различать линейную поляризацию света, что даёт им дополнительные возможности для ориентации в пространстве. Обнаружено, что некоторые животные, например рак-богомол , способны различать циркулярно-поляризованный свет, то есть свет с круговой поляризацией. Некоторые люди также обладают способностью различать поляризацию света, в частности, эти люди могут наблюдать невооруженным глазом эффекты, связанные с частичной поляризацией света дневного неба. Так описывает этот эффект Лев Николаевич Толстой в своей повести «Юность»: «и, вглядываясь в растворенную дверь балкона … , и в чистое небо, на котором, как смотришь пристально, вдруг показывается как будто пыльное желтоватое пятнышко и снова исчезает;»

История открытия поляризации электромагнитных волн

Открытию поляризованных световых волн предшествовали работы многих учёных. В 1669 г. датский учёный Расмус Бартолин сообщил о своих опытах с кристаллами известкового шпата (CaCO 3), чаще всего имеющими форму правильного ромбоэдра , которые привозили возвращающиеся из Исландии моряки. Он с удивлением обнаружил, что луч света при прохождении сквозь кристалл расщепляется на два луча (называемых теперь обыкновенным и необыкновенным). Бартолин провёл тщательные исследования обнаруженного им явления двойного лучепреломления, однако объяснения ему дать не смог.

Через двадцать лет после опытов Э. Бартолина его открытие привлекло внимание нидерландского учёного Христиана Гюйгенса . Он сам начал исследовать свойства кристаллов исландского шпата и дал объяснение явлению двойного лучепреломления на основе своей волновой теории света. При этом он ввёл важное понятие оптической оси кристалла, при вращении вокруг которой отсутствует анизотропия свойств кристалла, то есть их зависимость от направления (конечно, такой осью обладают далеко не все кристаллы).

В своих опытах Гюйгенс пошёл дальше Бартолина, пропуская оба луча, вышедшие из кристалла исландского шпата, сквозь второй такой же кристалл. Оказалось, что если оптические оси обоих кристаллов параллельны , то дальнейшего разложения этих лучей уже не происходит. Если же второй ромбоэдр повернуть на 180 градусов вокруг направления распространения обыкновенного луча, то при прохождении через второй кристалл необыкновенный луч претерпевает сдвиг в направлении, противоположном сдвигу в первом кристалле, и из такой системы оба луча выйдут соединёнными в один пучок. Выяснилось также, что в зависимости от величины угла между оптическими осями кристаллов изменяется интенсивность обыкновенного и необыкновенного лучей.

Эти исследования вплотную подвели Гюйгенса к открытию явления поляризации света, однако решающего шага он сделать не смог, поскольку световые волны в его теории предполагались продольными. Для объяснения опытов Х. Гюйгенса И. Ньютон, придерживавшийся корпускулярной теории света, выдвинул идею об отсутствии осевой симметрии светового луча и этим сделал важный шаг к пониманию поляризации света.

Здесь набег фазы τ = k z − ω t {\displaystyle \tau =kz-\omega t} .

Преобразовав и сложив первые два уравнения, можно получить уравнение движения вектора E → {\displaystyle {\vec {E}}} :

Наряду с S 1 {\displaystyle S_{1}} , S 2 {\displaystyle S_{2}} , S 3 {\displaystyle S_{3}} используют также нормированные параметры Стокса s 1 = S 1 / S 0 {\displaystyle s_{1}=S_{1}/S_{0}} , s 2 = S 2 / S 0 {\displaystyle s_{2}=S_{2}/S_{0}} , s 3 = S 3 / S 0 {\displaystyle s_{3}=S_{3}/S_{0}} . Для поляризованного света s 1 2 + s 2 2 + s 3 2 = 1 {\displaystyle s_{1}^{2}+s_{2}^{2}+s_{3}^{2}=1} .

s - и p -поляризации волн

В оптике и электродинамике s -поляризованная волна (сравните нем. senkrecht - перпендикулярный) имеет вектор электрического поля E, перпендикулярный плоскости падения. s σ -поляризованной, сагиттально поляризованной, волной E-типа , TE-волной (Transverse Electric ) . p -поляризованная волна (сравните лат. parallel - параллельный) имеет вектор электрического поля E, параллельный плоскости падения. p -поляризованную волну также называют π -поляризованной, поляризованной в плоскости падения, волной H-типа , TM-волной (Transverse Magnetic ) .

Термины TM-волна и TE-волна в работах ряда авторов меняются местами. Дело в том, что классически плоская граница предполагает однородность структуры в двух направлениях. В этом случае определяют плоскость падения и перпендикулярность напряженностей по отношению к ней. Разделение электромагнитного поля на два несвязанных решения возможно в более общем случае структуры, однородной в одном направлении. В этом случае удобно определять перпендикулярность напряжённостей по отношению к направлению однородности . Распространение последнего определения на частный классический случай приводит к тому, что напряженность, перпендикулярная к направлению однородности, оказывается в плоскости падения. Отмечается, что в случае металлической поверхности существенны только волны с электрической напряженностью, перпендикулярной к границе металла . Такие волны также удобнее называть TE-волнами. Термины TM и TE связаны также с обозначением поперечных мод в лазерном резонаторе или волноводе.

В сейсмологии p -волна (от англ. primary - первичный) - продольная волна, приходящая от эпицентра землетрясения первой. s -волна (от англ. secondary - вторичный) - поперечная волна (shear wave), имеющая меньшую скорость распространения, чем продольная, и поэтому приходящая от эпицентра позднее.

Пусть в направлении оси OZ распространяются две электромагнитные волны. Напряженность электрического поля одной волны колеблется в направлении оси OY по закону EY(z, t) = Eosin(kz-wt) , а другой - в направлении оси OX по закону Ex(z, t) = Eocos(kz-wt) .Фаза колебаний волны с электрическим полем, ориентированным по оси OX , отстает на p/2 от фазы другой волны. Выясним характер колебаний вектора напряженности результирующей волны.

Можно просто убедиться, что модуль результирующей волны со временем не изменяется и всегда равен Eo . Тангенс угла между осью OX и вектором напряженности электрического поля в точке z равен
tgj= = =tg(kz-wt). (1)

Из (1) следует, что угол между вектором напряженности электрического поля волны и осью OX - j - со временем изменяется по закону j(t)=kz-wt .Вектор напряженности электрического поля равномерно вращается с угловой скоростью, равной w . Конец вектора напряженности электрического поля движется по винтовой линии (см. рисунок 27). Если смотреть на изменение вектора напряженности из начала координат в направлении распространения волны, то вращение происходит по часовой стрелке, т.е. в направлении вектора магнитной индукции. Такую волну называют право поляризованной по кругу.

Электромагнитная волна с круговой поляризацией, падая на вещество, передает вращение электронам вещества.

Задача 3. Плоская электромагнитная волна с круговой поляризацией по часовой стрелке падает на металлическую пластинку. Напряженность электрического поля волны E0.
а) Покажите, что электроны проводимости под действием электрического поля совершают вращательное движение. Как направлено вращение?
б) Чему равен момент импульса, переданный волной электрону? Какой вывод можно сделать о наличии момента импульса у волны?

Решение. а) Полагаем, что на электроны проводимости не действует возвращающая сила (они свободны), тогда уравнения движения электрона в плоскости XOY будут иметь вид:
meax=-eEocos(kz-wt) Û ax=- cos(wt-a) (2)
meay=-eEo sin(kz-wt) Û ay=+ sin(wt-a). (3)
Модуль ускорения постоянен и равен
a= . (4)
Из выражения для тангенса угла поворота вектора ускорения (аналогично (1)) ясно, что он вращается с постоянной угловой скоростью w . Вращение с направлением распространения волны составляют правый винт (по часовой стрелке). Отсюда следует, что электроны движутся по окружностям постоянного радиуса с угловой скоростью w .Радиус окружности можно определить из кинематического соотношения a=w2r , откуда
(5)
Момент импульса электрона L=me vr=mewr2 с учетом уравнения (5) -
(6)
Момент импульса электрона параллелен направлению распространения волны.

Поскольку электромагнитная волна может распространяться независимо от источника, приобретенный электроном при взаимодействии с электромагнитной волной момент импульса следует отнести к электромагнитной волне (полагаем, что момент импульса сохраняется).

Итог: правополяризованная электромагнитная волна обладает моментом импульса, направленным вдоль распространения волны, левополяризованная электромагнитная волна обладает моментом импульса, направленным против распространения волны. Этот результат будет использоваться при изучении квантовой физики.

Момент импульса электромагнитной волны с вектором напряженности электрического поля, вращающимся по часовой стрелке, ориентирован по направлению распространения волны. Поляризацию такого типа называют правой круговой поляризацией. Если момент импульса электромагнитной волны ориентирован противоположно направлению распространения, то такую волну называют левополяризованной. На рисунке 28 показаны оба типа поляризации. Крестиком в центре отмечено направление распространения волны.

При сложении плоских волн линейной поляризации с плоскостями, ориентированными под прямым углом и с произвольным сдвигом фаз a , результирующее изменение вектора напряженности в данной точке z может быть вращением с одновременным периодическим изменением модуля. Конец вектора напряженности электрического поля волны в этом случае движется по эллипсу. Поляризация данного типа называется эллиптической. Она может быть как левой, так и правой. На рисунке 29 изображены траектории конца вектора напряженности результирующего электрического поля двух волн одинаковой амплитуды с горизонтальной и вертикальной плоскостями поляризации при различных значениях сдвига фаз – от 0 до p . При сдвиге фаз, равномнулю, результирующая волна является плоскополяризованной с плоскостью поляризации, составляющей угол p/4 с горизонтальной плоскостью. При сдвиге фаз, равном p/4 , – эллиптическую поляризацию, при p/2 – круговую поляризацию, при 3p/4 – эллиптическую поляризацию, при p – линейную поляризацию.

В том случае, когда волна представляет собой сумму случайно поляризованных составляющих с хаотическим набором сдвигов фаз, все эффекты поляризации теряются. Говорят, что электромагнитная волна в этом случае неполяризована.

Что такое поляризационный фильтр CPL? Это ценное приспособление, которое любой фотограф должен иметь в своей сумке. Как поляризатор влияет на снимок? Для того чтобы выработать интуицию относительно этого момента, очень часто приходится долго экспериментировать. В этой статье вы узнаете, как ускорить этот процесс, как и чем данное изделие может облегчить задачу (а иногда и нанести вред) в разных ситуациях.

Где крепится CPL-фильтр? Он всегда находится перед фронтальной Каким образом это устройство работает? Оно фильтрует прямые отражения солнечных лучей под определенніми углами. Это нелишне, так как прочий свет зачастую богат оттенками и более рассеян. Работа с этим прибором также требует повышения выдержки (так как некоторые лучи отклоняются). Контроль угла фильтрации происходит за счёт вращения устройства. От нахождения линии зрения камеры относительно солнца зависит сила эффекта.

Вращение фильтра

Когда с помощью CPL-фильтра можно получить максимальный эффект? Лишь если линия зрения камеры перпендикулярна солнечному свету. Это представить можно, направив указательный палец на солнце, а большой палец при этом разместив к нему под прямым углом. Пока вы вращаете руку, указывая на дневное светило, любой курс, на который укажет ваш большой палец, будет определять линию наивысшего эффекта поляризатора.

Однако то, что CPL-фильтр предоставит наилучший результат в указанных направлениях, необязательно означает, что именно в них его работа будет максимально заметна. Предельной поляризация покажется при его вращении, которое изменит угол относительно дневного светила. Чтобы ощутить работу фильтра, лучше всего его поворачивать, глядя на дисплей камеры или в её видоискатель.

При применении можно получить неподходящий результат, так как поляризационное действие зависит от угла. Одна часть картинки может быть размещена под прямым углом к солнцу, а другая - по направлению к нему. В этом случае на одной стороне фото поляризационный эффект не будет заметен, а на другой - его можно будет увидеть.

Очевидно, что широкоугольные объективы несовершенны. Однако повороты «полярика» иногда могут эффект сделать более жизненным. Очень часто профессионалы размещают наиболее выраженное действие поляризации ближе к краю или углу снимка.

Описание

Фотографы для создания качественного изображения используют два вида фильтров: с линейной поляризацией и круговой. Эти устройства выделяют и отделяют зоны, богатые поляризованным отражённым светом. С их помощью, снимая дно, можно отсеять яркие блики, или запечатлеть ландшафт за окном без собственного отражения в стекле.

Фильтры линейные исполняют одну простую работу - они модифицированный свет пропускают в единственной плоскости. Приборы с круговой поляризацией дают доступ лучам, видоизменённым по кругу. Они любое преломление лучей превращают в сферическое. Фактически, круговой «полярик» не препятствует работе автофокуса, позволяет безошибочно угадывать экспозицию и может устанавливаться на всех камерах (старых в том числе).

При этом излишние блики будут так же ликвидированы, как и в приборе с линейной поляризацией. CPL-фильтр даёт «чистое» сферическое преломление света лишь при специфичной длине волны. В волновой пластинке оптическая разность её хода между простым и необыкновенным лучами равна ровно четверти её длины. Для всех других длин волн это устройство будет показывать эллиптическое воздействие.

Круговые фильтры сложнее остальных, поэтому их стоимость выше. С внешней стороны этого устройства размещён обычный линейный прибор, а с внутренней - четвертьволновая пластинка, превращающая линейную поляризацию в сферическую.

Фотография

Поляризационные светофильтры для фотоаппарата - это приборы, предназначенные для устранения нежелательных эффектов (отражений, бликов), ослабления яркости (с параллельным увеличением насыщенности) неба и других объектов, для достижения эстетических целей. Выглядят как обыкновенные светофильтры, но имеют переднюю и заднюю части равной толщины, которые могут свободно вращаться.

Как применяется CPL-фильтр? Для чего нужен этот аппарат? Его задняя часть прикручивается к объективу, а необходимый эффект выбирается с помощью поворота передней половины на какой-либо угол. Лицевой сегмент может быть оснащён внутренней резьбой, с помощью которой крепится объективная крышка, резьбовая бленда или иные светофильтры, что является неопровержимым плюсом.

Разные сегменты отсвечивающих объектов могут давать отблеск с разными углами поляризации, которые синхронно подавить одним фильтром невозможно. Кроме того, в кадре отливающих предметов может оказаться большое количество. В таких случаях применяются несколько последовательно скрученных поляризационных фильтров, причём, все, кроме тыльного, должны быть линейной поляризации. Это необходимо потому, что оптический компенсатор, размещённый в круговом фильтре, препятствует достижению эффекта от других устройств, которые могут быть размещены за ним.

Чем ещё знаменит поляризационный фильтр для объектива? Его обычно расположена в границах от двух до пяти. Могут иметь место цветовые искажения. Вообще некоторые устройства имеют спад до одного стопа в фиолетово-синей области, из-за чего картинка получается с зелёным оттенком. Дешёвые аппараты могут отвратительно воспроизводить мелкие детали. «Полярик», наряду с «защитным» УФ-препятствующим фильтром, является наиболее эксплуатируемым устройством в фотографии.

Детали

Обычно поляризационный фильтр производят в виде двух пластинок, изготовленных из стекла. Между ними размещена поляроидная плёнка, обладающая дихроизмом линейным. Эта деталь является неким слоем ацетилцеллюлозы, содержащим внушительное число мельчайших микролитов герапатита (йодистого соединения сернокислого хинина).

Используются такие поливинилово-йодные плёнки с полимерными цепями синхронно ориентированными. Ориентация микролитов идентична ввиду электрического поля, а полимерные цепи направляются механическим растяжением. Круговой фильтр, кроме того, оснащён оптическим компенсатором - четвертьволновой фазовой пластинкой. С помощью этой детали можно определять разность хода двух пусков лучей. Она работает в соответствии с явлением двойного преломления света в кристаллах.

Превращение света

Простой и исключительный лучи имеют разные скорости. Их оптические длины путей также неодинаковы. Поэтому они приобретают разницу хода, измеряемую толщиной кристалла, через который проходят. Она устанавливается по пути идущего луча за поляризатором и поворачивается при сборке до того момента, пока её оси колебаний не совпадут с осями оптическими.

В этой позиции четвертьволновая пластина преобразовывает лучи поляризованные линейно в свет с поляризацией круговой (и наоборот), увеличивая различие хода до 90 градусов. С такими особенностями изготавливаются все «полярики». Отличие как в цене, так и в качестве имеет место из-за добавочных слоёв: защитных, просветляющих, водоотталкивающих.

Появление

Когда был разработан поляризационный фильтр для объектива? Этот продукт появился благодаря развитию элементов TTL автоматики фотокамеры, которые в отличие от фотоматериалов, попали в зависимость от инновационного воздействия на свет.

Вообще линейно-поляризационное излучение затрудняет экспозамер и в зеркальных фотоаппаратах частично препятствует действию автоматики фазовой фокусировки.

В астрономии «полярики» находятся в составе приспособлений, с помощью которых изучают круговое и линейное изменение света объектов, пребывающих в космическом пространстве.

Поляризационный надзор является базовым способом получения сведений о мощности магнитного поля в районах генерации излучения, скажем, на белых карликах.

Nikon CPL

Поляризационный фильтр CPL Nikon 52 mm - ценная вещь для пейзажного фотографа и для тех, кто любит получать качественные снимки. Существует как минимум шесть поводов, почему нужно приобрести этот продукт:

• Для фотографирования воды (она становится темнее и прозрачнее).
• Съёмка пейзажа (увеличивается «насыщенность» зелени и неба).
• Для съёмки под углом через окно (чтобы уничтожить блики и отражения от стекла).
• Ликвидация отражений в солнечный день (от воды, стекла, машины).
• Увеличение выдержки на пару стопов (когда это нужно).
• Защита объектива от механического воздействия.

Приобрести этот фильтр нужно тем, кто отправляется путешествовать в тёплые страны - это незаменимый помощник в изготовлении красочных фото. На ярком солнце это устройство улучшает качество снимка, увеличивая контрастность и насыщенность, при этом ликвидируя дымку.

Ограничения

Те люди, которые хотят научиться делать хорошие снимки, берут уроки фотографии у профессионалов. Как использовать поляризационный фильтр? Устройство нужного диаметра нужно накрутить на объектив фотокамеры. Вращая кристалл в фильтре, необходимо выбрать желаемую что позволит при съёмке ликвидировать блики от воды или стекла, а также получить более пушистые и белые облака, насыщенное небо.

По использованию таких устройств существуют некоторые ограничения:

• Вращая поляризационный фильтр нужно учитывать, что ожидаемый район предельного эффекта будет размещён примерно в 90 градусах от первичного положения. Если устройство повернуть на 180 градусов, этот маневр картинку приведёт к начальному состоянию.
• «Полярики» смягчают световой поток, поступающий на матрицу камеры через объектив, поэтому профессионалы часто увеличивают балансировку экспозиции на 1-2 ступени.

Недостатки

Уроки фотографии необходимы начинающим фотографам для создания качественных снимков. Мы выяснили, что «полярики» весьма полезны. К сожалению, они имеют следующие недостатки:

• Из-за этого устройства экспозиция может попросить больше света в 4-8 раз (на 2-3 ступени), чем обычно.
• Им необходим определённый угол по отношению к солнцу для получения наилучшего результата.
• С этими фильтрами по видоискателю камеры ориентироваться трудно.
• Это одни из наиболее дорогих приборов.
• Они требуют вращения, поэтому могут увеличить время подбора композиции.
• Обычно их невозможно применять для широкоугольных и панорамных снимков.
• Если фильтр загрязнён, он может качество картинки снизить.

Более того, иногда отражения нужны на фотографии. Наиболее яркими примерами здесь являются радуги и закаты. Стоит к любому из них применить поляризатор, красочные отражения могут исчезнуть совсем или поблёкнуть.

Фильтры для фотоаппарата - это сложные устройства. Но с течением времени можно научиться с ними работать. «Полярик» может порой быть использован, когда необходимо увеличить длительность экспозиции. Так как он может сократить в 4-8 раз (на 2-3 ступени) пропускаемый свет, с его помощью можно снимать воду и водопады.

Если поляризатор надеть на широкоугольный объектив, он может создать броское затемнение кромок картинки («виньетирование»). Чтобы этого избежать, наверняка придётся приобрести более «тонкий» дорогой вариант.

Круговые поляризаторы были созданы для того, чтобы системы автофокуса и экспозамера камеры продолжали работать при надетом фильтре. Линейные «полярики» намного дешевле, но их невозможно применять с большинством зеркальных цифровых камер (так как они используют фазовый автофокус и TTL - экспозамер через объектив).

До появления проекта НТВ-Плюс российским энтузиастам спутникового телевидения редко приходилось сталкиваться с круговой поляризацией - наибольший интерес для индивидуального приема представляют европейские спутники с линейно поляризованным излучением. Однако особенности приема сигналов с круговой поляризацией ярко проявились с началом цифрового вещания НТВ-Плюс. При приеме сигнала со спутника BONUM-1 на ту же антенну, что используется для приема европейских спутников (с конвертором без деполяризатора), картинка "рассыпается" даже при очень большом уровне сигнала.

При приеме сигналов "старых" спутников "Галс", TDF-2 и Hot Bird на одну подвижную антенну деполяризатор был не нужен. Во-первых, сигнал "Галсов" намного мощнее сигнала спутников Hot Bird и, даже с потерями 3 дБ, принимался не хуже. Во-вторых, несущие частоты транспондеров "Галсов" и TDF-2 разнесены довольно далеко, не менее чем на 36 МГц (11767 LZ и 11803 RZ). Это больше, чем ширина полосы пропускания приемника (27 МГц), поэтому даже при одновременном приеме сигналов в обеих поляризациях без развязки они не перекрывались по частоте. Эта особенность позиции 360 в.д. успешно использовалась при коллективном приеме - для одновременного приема сигналов с правой и левой поляризацией использовалась антенна с запасом усиления 3 дБ (диаметр примерно в 1,5 раза больше минимально необходимого) и штатный конвертор НТВ-Плюс, из которого намеренно удалялся деполяризатор. Отпадала необходимость использовать спаренные конверторы, разделители поляризаций, мультисвитчинги и т.д.

Транспондеры спутника BONUM-1 расположены "вплотную". Центральные частоты транспондеров с разной поляризацией разнесены всего на 19 МГц. При приеме сигнала, например, с правой круговой поляризацией часть мощности сигнала соседнего по частоте транспондера с левой круговой поляризацией попадет в полосу пропускания приемника. Такой сигнал не является полезным сигналом, следовательно, его можно рассматривать как шум. Увеличение диаметра антенны в данном случае не улучшает качество приема, так как уровень шума растет пропорционально уровню сигнала.

У волны с круговой поляризацией вектор электрического поля имеет постоянную величину, но изменяет направление (вращается), делая один оборот на 3600 за один период несущей частоты. Можно представить волну с круговой поляризацией как сумму двух линейно поляризованных волн, векторы Е’ и E" которых расположены ортогонально, а фаза колебаний отличается на p/2 (правая круговая поляризация) или на 3p/2 (левая круговая поляризация). На рис. 1 показан один период волны с круговой поляризацией. Вектор E’ расположен вертикально, а вектор E" - горизонтально. Из рисунка видно, что суммарный вектор Eкр постоянно изменяет свое направление, делая полный оборот за один период. Теперь предположим, что сигнал с круговой поляризацией будет приниматься на переключаемый конвертор.* Так как его штыри расположены ортогонально (под углом 900), можно расположить векторы составляющих E’ и E" параллельно "вертикальному" и "горизонтальному" штырям конвертора соответственно. Нетрудно догадаться, что сигнал будет приниматься на оба штыря одинаково, составляющая E’ будет возбуждать штырь вертикальной поляризации, составляющая E" - штырь горизонтальной поляризации. Амплитуда каждого из векторов E’ и E" будет меньше амплитуды вектора Eкр в Ц2 раз, т. е. потери по мощности составят 3 дБ (мощность сигнала разделится поровну между двумя штырями).

Чтобы избежать потерь при приеме сигнала с круговой поляризацией, используются устройства - деполяризаторы. Наиболее простой деполяризатор - диэлектрический. Он представляет собой секцию круглого волновода с диэлектрической пластиной внутри (рис. 2). Допустим, что в таком волноводе распространяется волна с круговой поляризацией. Разложим ее на две составляющих, направив вектор E’ параллельно пластине деполяризатора, а вектор E" - перпендикулярно ей. Фазовая скорость составляющей, вектор E’ которой направлен параллельно пластине, не изменится и останется равной скорости распространения волны в волноводе Св. Скорость же волны, вектор E" которой перпендикулярен пластине, будет больше или меньше скорости Св, это зависит от размеров волновода, толщины и диэлектрической проницаемости материала пластины. Соответственно длина волны будет больше или меньше, чем длина волны в свободном пространстве. Необходимо задержать или ускорить составляющую E" таким образом, чтобы к концу секции деполяризатора обе составляющих E’ и E" отличались по фазе на 0 или на p. В этом случае на выходе деполяризатора они окажутся в фазе или в противофазе, и суммарный вектор будет иметь постоянное направление (450 по отношению к каждой составляющей, см. рис. 2). Таким образом, длина пластины подбирается с таким расчетом, чтобы задержка составляющей E" составляла p/2, т. е. количество длин волн составляющих E’ и E", укладывающихся на длине пластины L, должно отличаться на l/4. В конверторе Cambridge AE37 (штатный конвертор НТВ-Плюс) используется пластина из полистирола толщиной 1 мм и длиной 46 мм. Пластина располагается в волноводе таким образом, чтобы угол между плоскостью пластины и плоскостью, в которой расположен "вертикальный" штырь конвертора, составлял 450. При таком расположении пластины деполяризатор преобразует волну с правой круговой поляризацией в волну с линейной вертикальной поляризацией, а волну с левой круговой - в волну с линейной горизонтальной.

Нетрудно убедиться, что деполяризатор - обратимое устройство. Если на входе секции деполяризатора присутствует линейно поляризованная волна, вектор Eл которой расположен под углом 450 к диэлектрической пластине, то на выходе секции волна приобретает круговую поляризацию. Как принимается сигнал с круговой поляризацией на переключаемый конвертор с двумя штырями, уже рассматривалось выше. Таким образом, если линейно поляризованный сигнал (например, со спутников Hot Bird) принимать на конвертор с деполяризатором, потери по мощности составят не менее 3 дБ, и сигналы обеих поляризаций (и вертикальной и горизонтальной) будут приниматься одинаково на оба штыря, мешая приему друг друга.

Заметим, что если диэлектрическую пластину расположить параллельно или перпендикулярно направлению вектора Е линейно поляризованной волны, она будет вносить минимальное затухание, не изменяя при этом направление поляризации. Значит, деполяризатор можно "отключить" на время приема спутника с линейной поляризацией, установив пластину параллельно штырю вертикальной поляризации (или перпендикулярно ему). Это можно сделать с помощью комбинации устройств "диэлектрический деполяризатор + механический или магнитный поляризатор". При первоначальной настройке пластина деполяризатора устанавливается по направлению вектора Е вертикально поляризованной волны. Для приема сигналов с линейной поляризацией механическим поляризатором приемный штырь разворачивается параллельно или перпендикулярно пластине. Для приема сигналов с круговой поляризацией штырь устанавливается таким образом, чтобы угол между ним и плоскостью пластины составлял 450 в ту или иную сторону. Если используется магнитный поляризатор, штырь конвертора остается неподвижным, а направление поляризации линейно поляризованной волны (прошедшей параллельно или перпендикулярно пластине деполяризатора или сформированной из волны с круговой поляризацией) приводится магнитным поляризатором в плоскость штыря.

Использование обоих этих устройств связано с некоторыми ограничениями.

• Первое: для управления как магнитным, так и механическим поляризатором ресивер должен иметь соответствующий интерфейс. У цифровых ресиверов, за редкими исключениями (например, PRAXIS DVB9800 ADP), такого интерфейса нет. Для управления магнитным поляризатором в упрощенном варианте можно использовать выход ресивера 0/12 В с некоторыми доработками.
• Второе: и тот и другой поляризаторы рассчитаны на работу с конверторами без переключения поляризации (с прямоугольным фланцем). Как правило, если такой конвертор двухдиапазонный, то гетеродины верхнего и нижнего диапазона переключаются напряжением питания 13/18 В. У большинства цифровых ресиверов этот управляющий сигнал используется только для переключения поляризации. Это обстоятельство сильно усложняет программирование ресивера.
• Третье: оба эти устройства вносят собственные потери от 0,2 до 0,5 дБ, уменьшая добротность приемной установки в целом.

В большинстве случаев выгоднее использовать для приема спутников в позиции 360 в.д. отдельную антенну или отдельный конвертор. Все без исключения цифровые ресиверы поддерживают протокол DiSEqC, поэтому проблем с коммутацией антенн не возникнет.