如何理解远场的坐标、分量和极化

来源：CST仿真专家之路更新时间：2024-06-23 阅读：

作为天线仿真的一个结果，也可以说是最重要的结果，远场的查看和理解就很关键。CST帮助文档中关于远场的解释的很详细，但可能因为详细，很多人总是缕不清楚这些英文名词：Theta, Phi, Ludwig 2, Ludwig 3, Left, Right, Horizontal, Vertical, Copolar,Crosspolar…

下面我就用最简单的语言（打脸），最短的篇幅（又打脸），给大家讲清楚。如标题所说，这里强调的是三个东东：坐标，（电场）分量，和极化。所以一定要分清楚这三个量。

话不多说，先上表1：

四大坐标系，球坐标和三个Ludwig坐标。都是两个角度（Angle）能够指明球上任意位置，就像地图的经纬线。

这里最需要注意的是，Spherical和Ludwig 3，都是用的Theta和Phi！那Ludwig2的四个单词是什么呢？简单来讲其实就是不想叫Theta和Phi了，太土了，烂大街了，叫“海拔“和”方位角“多高大上，或者换个希腊远房亲戚的名字Alpha，Epsilon~ 多年以后，发现还是Theta和Phi最接地气，流行最广。

再上表2：

用坐标定义好空间位置后，该位置有个天线远场的电场，闲不住，多动症。那怎么定义他的动作呢？那就看他往Component1方向上动的多，还是Component2方向上动的多，这就是向量的两个分量E1和E2。这里最困惑的恐怕就是球坐标的两个分量，名字还是Theta和Phi！

好吧，因为Theta和Phi太流行，允许球坐标这么任性吧。这里只有Ludwig 3很叛逆啊，他非叫电场的“水平“分量和”竖直“分量，和坐标名字最不同，显得很有生活的样子。

那分量和极化什么关系呢？其实他们两个很类似。

由于两个分量正交，把电场的动作横平竖直分解的很干净，以致不能很好表示其连贯性，比如空中转体动作，最后脚出界了也给金牌。所以我们需要更完整的定义“极化“。

再上表3：

所以，表2中四大分量都是线极化。这里多出两个极化，一个是圆极化，另一个是倾斜极化。圆极化是两个正交分量差90度相位交替运动，所以分左右手旋转方向；倾斜极化就是将两个正交分量强行扭转到某个主方向，主方向的极化就是主极化，是我们想要的；垂直方向为次要的交叉极化，是我们不想要的。

话太多了，上案例：

长方形喇叭天线，向Z+方向传播，近场电场可看出，极化方向基本就是上下，也就是Y轴方向：

直接点击远场，这里就看不到电场的多动症了，初学者就有点难判断病情。那么这个常见的红色为主的远场辐射图是什么坐标？什么分量为主？什么极化呢？

先说坐标吧，仔细看远场图，Z+轴附近有个Theta，X+轴附近有个Phi，这个就是坐标轴的定义。由之前的表1可知，这个坐标系不是Spherical就是Ludwig 3，对吧？

再说分量，默认是不显示分量的，显示的是绝对值Abs。

当然下拉就可以看分量，一看又是Theta和Phi分量，这就明白了，就是用的最迷惑人的球坐标!

猜的没错，看远场属性，坐标栏，查看坐标系的确是Spherical。

如果这里我们改成Ludwig3 呢？

点击ok或apply，可见远场分量就成了可查看的水平分量，竖直分量。

同理，如果我们改成Ludwig 2AE或Ludwig 2EA，就可以看到不同的分量定义了。

注意，以上我们只是展示怎么查看不同坐标系，和不同坐标系下，远场电场使用的是不同的分量。以上我们使用的极化一直是线极化（linear）。

下面我们看主极化Copolar和交叉极化Crosspolar，极化需要从Linear改成Slant。

当使用倾斜极化slant时，无论什么坐标系，我们的远场分量都是Copolar和Crosspolar，这个和表3一致。

这里推荐将坐标种类（axes type）改成polarization dependent，然后明确一下主极化方向和传播方向。由于喇叭天线本身是线极化，且有方向性，所以我们选Linear-Directional。主极化方向为Y轴，Y轴上出现了“E-Vector“作为主极化方向。传播方向是Z+，这就和三维的喇叭方向一致。可见此时坐标是自动，由于是倾斜极化，坐标系的选择不会影响分量的定义。