交叉極化

極化是指在最大輻射方向上輻射電波的極化，其定義為在最大輻射方向上電場矢量端點運動的軌跡，由於天線本身物理結構等原因，天線輻射遠場的電場矢量除了有所需要方向的運動外，還在其正交方向上存在分量，這就指的天線的交叉極化。交叉極化是通信基站天線很重要的一個參數，我們通常稱之為交叉極化鑑別率。

一般的交叉極化是指與主極化正交的極化分量，一般出現在雙極化天線中，尤其是民用移動通信基站天線中的±45度雙極化天線。極化的概念在電磁波理論當中有着非常重要的作用和意義：同極化和交叉極化主要是相對於我們所考慮或者所期待的極化方向而言的，如果一個極化方向和我們的主極化方向一致，則稱之為同極化，如果一個極化方向和我們的主極化方向正交，則稱之為交叉極化。 ^[1] 

交叉極化的引起主要是因為邊界的不一致性，使得產生的交叉極化分量無法抵消（如果雙極化天線單元的四周邊界是一個完全的正方形框，其交叉極化就非常低），在陣列天線的應用中通常是改變邊界條件，以使得相鄰單元耦合的交叉極化分量與本振子單元產生的交叉極化分量相抵消來降低。

對於微帶天線來説交叉極化本身是個難點，一般軸向可以做到15～17dB，香港城市大學花了多年的時間來研究這個問題，找到一些解決方案，主要是從饋電方式入手，一般的微帶貼片是L型探針，將探針方式改為T型或者折線型等可以改善交叉極化。 ^[1] 

為了消除兩個極化方向上的干擾，要麼提高天線的極化隔離度，要麼採用交叉極化干擾消除技術。提高天線的隔離度會大大增加天線製造的成本，而且提高幅度有限，因此研究有效且可工程實現的極化干擾消除技術是提高星地傳輸速率的重要保障。

如交叉極化干擾消除原理圖所示，極化干擾消除技術基本原理是：用一路信號減去另一路信號經過濾波器後的信號，然後採用相關算法來得到誤差信號，從而將干擾消除，得到乾淨信號。極化干擾消除可以在射頻、中頻或者基帶進行。就目前而言，由於在射頻段有一些不可控因素，大多數的極化干擾消除操作是在中頻或者基帶進行的。

中頻的極化干擾消除是中頻模擬信號經過AD採樣變成中頻數字信號，然後經過交叉極化干擾消除器，消除極化干擾得到乾淨的水平和垂直路信號，然後分別送給兩個解調模塊進行解調等後續操作。基帶的極化干擾消除是在信號經過載波同步和碼元同步後進行的，通過對垂直和正交的兩路基帶信號進行處理得到的。

基於全數字高碼速解調器具備：中頻直接採樣的全數字化處理技術，滿足高速數據傳輸、交互的超高速器件和接口技術；強大的DSP信號處理、並行處理技術等，極化干擾消除大多作為模塊插入解調器中，或利用解調器自身的資源與解調器進行一體化設計。

測試結果表明，交叉極化干擾消除器對交叉極化干擾有明顯的消除。 ^[2] 

±45°雙線極化天線是極化分集技術在移動通信領域的應用和產物。±45°極化兩個緊挨天線之間的能量耦合或相關性將影響系統抗干擾和分集增益的獲得。為此，移動通信系統對±45°雙極化天線提出了表徵極化純度的交叉極化比(即交叉極化鑑別率)的附加要求。

假設安裝於水平轉枱作接收的待測天線相位中心位於轉枱旋轉軸上，檢驗天線(即輔助天線)相心設置在待測天線法線方向的遠區。待測天線波瓣圖和交叉極化比測試之前，如檢驗天線發射電磁波的極化方向與待測天線的平行(垂直)，則待測天線接收到的信號功率為主極化分量(交叉極化分量)。交叉極化比定義為主極化分量與交叉極化分量之比。 ^[3] 

通信系統中交叉極化的引入通常分2種情形：一是由於發射端某些設備不理想，使系統本身包括交叉極化分量；另一種情形為即使發射端很理想，但在傳播的過程中，由於電離層等一些去極化源的影響或接收端未調整好狀態(線極化情形)而引入交叉極化分量。

採用雙極化工作方式時，通信系統必須解決好交叉極化的問題，特別是衞星通信系統的上行信道，這直接關係到地球站是否能入網開通的問題。圓極化工作方式下交叉極化隔離度的優劣主要取決圓極化器的電壓軸比，必須控制好兩電場分量的相位差；線極化工作方式下，星地極化一定要微調到位，否則，交叉極化隔離度會大大降低。 ^[4] 

通信系統採用的雙極化工作方式有線極化和圓極化兩種，當採用圓極化工作方式時，習慣上用圓極化電壓軸比來描述交叉極化隔離度。鑑於圓極化是橢圓極化的特例，考慮橢圓極化更有一般性。

圓極化工作方式下交叉極化隔離度的優劣主要取決圓極化器的電壓軸比，而圓極化器的電壓軸比又主要取決兩個相互正交電場分量的相位差偏離π/2的程度。 ^[4] 

早期的衞星通信系統工作頻率較低，這時電離層對線極化波的影響較大，因此，衞星通信系統的極化方式大多為圓極化方式。隨着系統工作頻率向Ku、Ka頻段拓展，線極化工作方式也被越來越多地使用。

線極化工作方式下，衞星通信系統的饋源必須具備極化調整的能力，以使地球站所定義的線極化和衞星所定義的線極化匹配。 ^[4]