使用CST仿真验证天线的极化¶

课本上学过，天线发出的电磁波在传输时有极化(Polarization)的特性。极化指的是电磁场振动的方向。有时候如果天线摆放的方向错了，即极化错了，就会导致天线接收到的能量显著降低。本文先复习一下概念，然后在Dassault CST里，以一对Dipole天线为例做个仿真实验，证明天线的极化方向会影响接收到的能量。

1. 什么是极化¶

线极化¶

在左边的图里，原点处有一个沿+/-z方向放置的Dipole天线，所以电场的振动方向也是沿+/-z的。当电磁波沿x方向传播时，我们就说这个波是垂直极化的。

然而在右图，这根天线仍然在原点，但是沿+/-y方向放置了，这时电场的振动方向变成了+/-y。虽然电磁波仍然沿x方向传播，但是极化方向变成了水平极化。

polarization1

现在假设有一对天线P1和P2，其中P1是垂直极化的。在左图中，如果P2也是垂直放置，极化方向和P1相同，那么P1发出的能量就能很好地被P2接收。然而在右图，如果P2变成水平放置了，和P1发出的电磁波完全正交，那么P2就没办法感应出电场，收不到能量。

polarization2

看3D电影时候眼睛能看到3D是差不多的原理。电影制作时用两台摄影机同时拍摄，模拟左眼和右眼的视差，然后把左眼和右眼的内容分别用两个方向极化。然后电影放映时，观众的3D眼镜是一种偏振镜，它的一个镜片只能透过垂直极化的光，另一个镜片只能透过水平极化的光。这样两只眼睛看到了不同的画面，从而形成3D效果。

圆极化¶

在很多应用场景里我们想让天线对各个方向的能量都能接收到。解决办法之一是把一根垂直天线和一根水平天线交叉放置，再把它们接收到的能量相加，即Dual Polarization。另一个解决办法是改用圆极化的天线，即Circular Polarization。注意如果发射天线是某个方向线极化的，而接收天线是圆极化的，那么接收效率会有3dB的降低。这是因为另一个方向没有能量传来，接收天线只接收到一半的能量。

dualpolarization

2. CST仿真¶

仿真步骤¶

CST的仿真步骤可以参考安装目录下Documentation文档里的High Frequency Simulation这章，也可以参考b站的各种教程。

总体流程是

            flowchart 
      A["环境设定（长度单位、频率单位）"]
      B["定义材料特性"]
      C["画出待仿真的结构"]
      D["设置频率、激励、边界条件"]
      E["设置Field Monitor"]
      F["开始仿真"]
      G["结果分析"]
      A --> B --> C --> D --> E --> F --> G