Radioamatöörit käyttävät yleisimmin maanpäällisissä yhteyksissään lineaarista polarisaatiota, eli sellaista lähetettävää ja vastaanotettavaa signaalia, jonka sähkökenttää kuvaavat kaksi kompleksista vektorikomponenttia ovat samanvaiheisia tai vastakkaisvaiheisia. Jos komponentit ovat samanamplitudisia, mutta niiden vaiheet poikkeavat + tai - 90 astetta, tulee polarisaatiosta pyörivä (vasenkätisesti pyörivä tai oikeakätisesti pyörivä polarisaatio).
Esimerkiksi troposfääristä sirontaa hyväksikäyttävät radioamatöörit, jotka toimivat VHF:llä ja sitä suuremmilla taajuuksillä pärjäävät mainioisti lineaarisen polarisaation kanssa, sillä polarisaatio säilyy lähtöasetelmissaan varsin hyvin. Kuitenkin noin 10 GHz:n taajuusalueesta ylöspäin mentäessä, hajoaa polarisaatio pahasti esimerkiksi käytettäessä saderintamaa, myrskypilviä tai lumikuuroa sirontapintana horisontin takaisissa yhteyksissä.
Myös harjoitettaessa yhteydenpitoa käyttäen kuuta heijastavana pintana törmätään erilaisiin signaalin polarisaatiota hajottaviin tekijöihin, joista mm. VHF:llä ja UHF:llä pahaa jälkeä tekevä ns. Faraday-kiertymä on usein syynä "huonoihin keleihin", vaikka kuu olisi yhtä hyvin näkyvissä kuin edelliselläkin kerralla. Faraday-kiertymä johtuu periaatteessa maapallon magneettikentän vaikutuksesta polarisaatiotasoon ja ilmiötä käytetään jopa hyväksi eräissä mikroaaltokomponenteissa (mm. isolaattori ja kiertoelin). Näissä olosuhteissa lähetteen polarisaatio kiertyy nätisti helposti vaikkapa vastakkaiseen kulmaan aiheuttaen voimakasta vaimennusta. Polarisaatio ei kuitenkaan hajoa, kuten sadesirontayhteyksissä.
Kuukaikuyhteyksissä on vielä lisäksi ongelmaa siitä, että polarisaatio saapuu eri kulmassa kuin mitä se oli lähtiessään varsinkin, jos vasta-asema on esimerkiksi Japanissa tai USA:ssa ihan maapallo-kuu-systeemin geometriasta johtuen. Tämän voittamiseksi täytyisi optimaalisessa tapauksessa pystyä kääntäämään lineaaripolarisoidun aseman polarisaatiota. Tämän ikävyyden minimoimiseksi on sovittu mm. että eurooppalaiset lähettävät pystypolarisaatiolla ja amerikkalaiset vaakapolarisaatiolla, mutta tähähän edellyttää sitä, että tiedämme kenen signaaleja tahdomme kuun pinnalta kuulla...
Eräs ratkaisu, johon ei liity "liikkuvia osia" on pyörivän polarisaation käyttö ja tästä on jopa eräs merkittävä muukin etu. Jos sovitaan maailman- laajuisesti, että kaikki käyttävät lähetykseen oikeakätistä polarisaatiota, on kuun pinnasta heijastuva signaali aina vastakkaispolarisoitunut, eli vasenkätisesti pyörivä. Eli kuukaikuaseman vastaanottoantennin tulisi olla vasenkätisesti pyörivää sorttia. Tästä taasen on se etu, että mikäli samaan antenniin rakennetaan pyörivä polarisaatio siten, että antennissa on sondit sekä oikeakätiselle (RHCP, lähetys), että vasenkätiselle (LHCP, vastaanotto), saadaan oikealla suunnittelulla heti kättelyssä ristipolarisaatiovaimennuksen kautta lähetys- ja vastaanottoporttien välille arvokasta isolaatiota, jota tarvitaan suuren lähetystehon pääsyn estämiseksi vastaanottimen matalan kohinalämpötilan omaavaan etuvahvistimeen.
Kaikkein helpoin tapa kehittää pyörivä polarisaatio on helix-antennin avulla. Tässä kuvassa (60k) on prototyyppi 10.4 GHz:n helix-antennista. Tämän antennin ristipolarisaatiovaimennus on helposti yli 20 dB:tä ja elliptisyys niin hyvä, että sitä on radioamatöörisäätämössä suorastaan vaikea mitata. Sen voi todeta, että elliptisyys on huomattavasti alle 1 dB:n. Tätä helix-antennia on tarkoitus käyttää paraboloidipeilin syöttönä ja sen taustakiinnitysrakenne näkyy tässä kuvassa (87k). Liittimenä on laipallinen naaras-SMA. Tämän helix-antennin sovitus on tehdy siten, että ensimmäinen helixin kierros on hyvin lähellä maatasoa, jolloin siinä tapahtuu impedanssimuuntoa syntyvän kapasitanssin avulla. Tällä tapaa menetellen saadaan hyvä ja laajakaistainen sovitus. Esimerkkiantennissa oli heijastusvaimennus lähes 20 dB.
Samantyyppinen helixantenni on myös tämä 2.4 GHz:n (59k) amatöörialueelle mitoitettu 2.5 kierroksen helix (kierrosten lukumäärä vaikuttaa vahvistukseen ja antennin säteilykuvioon). Antennin kierrosten lukumäärä on haettu empiirisesti oikeata säteilykuviota hakien, jotta peilin f/D-suhteen edellyttämä sopiva valaisufunktio toteutuu. Tämän helixin sovitus on samantapainen kuin edellisessä 10 GHz:n helixsissäkin, mutta ensimmäisen kierroksen kapasitanssia on lisätty keinotekoisesti juottamalla siihen sopivalle matkalle lisäpinta-alaa kuparilevystä leikatulla liuskalla. Antennin sovitus (9k) on erittäin hyvä taajuusalueelle 1.8 ... 3.0 GHz, toimien välttävästi myös 1691 ja 1694.5 MHz:n METEOSAT-bandilla (satelliitissa on tosin lineaaripolarisoitu antenni).
Toinen tapa syöttää tyypillisesti noin 140-ohmista helix-antennia on käyttää neljännesaallon muuntajaa, jonka impedanssi olisi tällöin 83.8 ohmia jos syöttöimpedanssiksi halutaan 50 ohmia, mutta em. kapasitiivinen sovittaminen on osoittautunut käytännössä huomattavasti mielekkäämmäksi.
Tyypillinen molempien kätisyyksien syöttötorvi pyörivälle polarisaatiolle on nähtävissä tässä kuvassa (45k). Kyseinen syöttötorvi on 5.7 GHz:n radioamatöörialueelle ja sitä on käytetty suomen ensimmäisissä kuukaikuyhteyksissä tällä taajuusalueella vuonna 1998. Antennin mekaaninen piirustus (80k) pitää sisällään mitoitusohjeet antennille ja siitä käy ilmi RHCP- ja LHCP-porttien toteutus. 90 asteen viivelinjana toimii empiirisesti viritetyt ruuvit, jotka ovat 45 asteen kulmassa (kaksi riviä aaltoputkessa vastakkain). Viritysajatus voi vaikuttaa epätoivoiselta, mutta käytännössä siihen menee kokeneelta säätäjältä alle 5 minuuttia, jonka jäljiltä syöttötorven polarisaation pyörintä on oivallinen, sillä elliptisyys saadaan helposti alle 1 dB:n. Vastakkaisten polarisaatioiden ylikuulumisvaimennus on helppo saada 20 dB:n tuntumaan ja huolellisella säätämisellä voi päästä lähelle 30 dB:tä ja ylikin. AMSAT-OH:n P3D-satelliittiin toimittamassa lähettimessä on kummankin antennin pyörivä polarisaatio aikaansaatu juuri näin.
Kolmas käytännön esimerkki siitä, missä radioamatööri voi törmätä polarisaatiokiertymään on satelliittiyhteyksissä. Varhaiset radioamatöörisatelliitit, jotka olivat ns. spin-stabiloituja, käyttivät usein ympärisäteileviä antenneja, joilla oli kuitenkin selkeä polarisaatiokäyttäytyminen. Tämä johti siihen, että satelliitin pyöriessä ja kieppuessa taivaalla radallaan edetessään, kiertyi tämä lineaarinen polarisaatio myös saapuessaan satelliitin orientaation funktiona. Käyttämällä lineaaripolaroitua vastaanotto- ja lähetysantenneja saatiin aika ajoin erittäin vahva yhteys satelliittiin, mutta välillä signaali katosi hyvin syvään minimiin polarisaatioiden osuessa hetkellisesti vastakkaisiin kulmiin.
Tähän löytyi lääke, nimittäin kiertopolarisoidun antennin käyttö (oli melko samantekevää kumpaan suuntaan polarisaatio pyöri, mutta käytännössä pieniä eroja oli havaittavissa; vasen- ja oikeakätisellä polarisaatiolla oli selvä korrelaatio satelliitin pyörinnän katselukulmaan so. riippuen siitä, oliko avaruusalus "tulossa" vai "menossa"). Usein tähän käytettiin helpporakenteista helix-antennia, mutta pyörivän polarisaation antennin käyttö lineaaripolarisoidun lähetteen vastaanottoon toi tullessaan myös kiinteän 3 dB:n ylimääräisen häviön.
Lähes ympärisäteilevä antenni löytyy tästä kuvasta (52k). Tämä antenni on niin sanottu quadrifiraalinen Backfire-Helix. Quadrifiraalinen sen vuoksi, että antenni koostuu kahdesta ja backfire sen vuoksi, että silmukoiden syöttö tapahtuu antennin "yläpäästä". Helix ja erityisesti quadrifilaarinen sellainen viittaa näiden kahden silmukan kiertymiseen, tässä tapauksessa 180 astetta. Kuvan mitoituspiirroksessa (18k) on myös selostus mitoitukseen vaikuttavista tekijöistä.
Nykyisemmissä satelliiteissa on tästä syystä pyritty käyttämään pyörivän polarisaation antenneja, jolloin maa-asemalla voidaan käyttää vastaavasti myös pyörivää polarisaatiota (usein valittavalla kätisyydellä) ilman em. 3 dB:n lisävaimennusta.
Kentävoimakkuuden vaihtelua on edelleenkin havaittavissa näiden radioamatöörisatelliittien pyörinnän ( spin-stabiloinnin ) vuoksi.
Piakkoin toivottovasti laukaistava kansainvälinen uusi ja uljas Phase 3D-satelliitti onkin sitten jo aivan eri maata. Ensinnäkin tämä satelliitti on kolmiakselistabiloitu, mutta edelleenkin maata kiertävää mallia. Satelliitin rata on ns. modifioitu Molniya- rata, eli sellainen, joka on voimakkaasti elliptinen käyden alimmillaan hyvin lähellä maata muutamassa tuhannessa kilometrissä ja korkeimmillaan muutamassa kymmenessä tuhannessa kilometrissä. Kulkiessaan radallaan, Phase 3D:n sähkömagneetit, gyroskooppiset hyrrät ja kaksi työntömoottoria pitävät huolen siitä, että rata säilyy pitkällä aikavälillä, mutta että satelliitti myös lyhyemmällä aikavälillä on aina orientoitunut niin, että suunta-antennit (NEW !!!) ovat aina maata kohti (NEW !!!) ja aurinkopaneelit ovat aina aurinkoa kohti (NEW !!!). Tämän lisäksi ja osaksi tästä johtuen, satelliitin tehobudjetti on aivan toista luokkaa (NEW !!!) kuin aikaisemmissa radioamatöörisatelliiteissa sillä seurauksella, että satelliitin lähettimet ovat tehotasoltaan myös huomattavasti aikaisempaa reteämpiä (NEW !!!).
Lisäksi lähes kaikki Phase 3 D:n antennit ovat kiertopolarisoituja. Tämä tarkoittaa sitä, että maa-asemalla saadaan ylläpidettyä erittäin vakaata ja suopeata linkkibudjettia mikäli käytetään kiertopolarisoituja antenneja niin ylöslinkillä kuin alaslinkilläkin.
Phase 3D:tä varten voisi ajatella sinänsä aika hurjan helix-antennin lisäksi (se ON aika pieni ja heiveröinen rakenne) myös torviantennia, johon rakentaisi sopivan pyörivän polarisaation herättimen joko siten, että torveen rakennetaan edelläolevan 5.7 GHz:n mallin mukaan sondi ja kaksi viivelinjaa viritettävillä ruuveilla 45 asteen kulmassa sondiin nähden (tai jopa suoraan metallinen evä, joka olisi 45 asteen kulmassa - tästä oli aikoinaan Vipusessa Juhana Ylisen kirjoittama artikkeli). Tällainen viiveruuvistolla varustettu empiirisesti viritetty 10 GHz:n torvi on tässä (69k). Tätä torvea käytettiin AMSAT-OH:n P3D:hen toimittaman 10 GHz:n lähettimen antennien mittauksissa ja virityksessä.
Kyseinen torvi voisi olla myös sellainen, että siinä ei ole sinällään viivelinjaa, vaan siinä olisi kaksi ortogonaalista sondia, joita syötettäisiin 90 asteen vaiheensiirrolla, kuten tässä AMSAT-OH:n P3D- referenssitorvessa (42k), tai aikaansaamalla sama ilmiö yhdellä sondilla ja käyttämällä aaltoputkeen sijoitettua (62k) 45 asteen kulmassa sijaitsevaa viivelinjaa. Tässä ovat mitat (30k) eräästä kokeilemastani viivelinjasta, jolla olen saanut hyviä tuloksi. Komponentin tefloninen prototyyppi (65k) on tämännäköinen. Käytän kyseistä viivelinjaa servo-ohjatun TV-satelliittivastaanottimen ( lineaari- ) polarisaation kääntäjän (62k) kanssa, jolloin yhdistelmällä saadaan aikaiseksi pysty- ja vaakapolarisaatiot, sekä lisäksi vasen- ja oikeakätinen pyörivä polarisaatio. Kääntäjä pyörittää suorakaideaaltoputkessa olevaa perusaaltomuodon herättäjäsondia, joka menee seinän läpi pyöreään aaltoputkeen, jossa se taas kytkeytyy sähkökenttään. Tästä on samantyyppinen ratkaisu käytössäni 3.4 GHz:llä ja tämä kuva (8k) selventää toimintaa. Syöttötorvessa olevat radiaalisia säteilymuotoja vaimentavat korrugoinnit (78k) toimivat kaikilla näillä polarisaatioilla oikealla tavalla, eli syötön sivukeilataso on mahdollista pitää kurissa samalla, kun torvella säilyy oikea valaisufunktio asianomaista paraboloidipeiliä varten.
Näistä kaikista vaihtoehdoista voisin päätyä ehdottamaan tavalliselle rivisäätäjälle teflonista valmistettua viivelinjaa sen helppotekoisuuden ja yksinkertaisuuden vuoksi. Kaikki muu tarvittava on ostettavissa edullisesti TV-satelliittiroipetta myyvistä liikkeistä ja toisinaan voi tarvittavaa mikroaaltosyöttösälää olla tyrkyllä myös kirpputoreilla ja vaikkapa pikkuviallisena paikallisella RTV-huollolla - eikun säätämään !
Oikeakätinen polarisaatio syntyy, kun viivelinja on aaltoputken takaa katsottuna 45 astetta syöttösondista myötäpäivään. Muista, että polarisaatio kääntyy vastakkaiseksi sen heijastuessa peilin pohjalta. P3D-satelliitin lähettimien antennit ovat pääsääntöisesti oikeakätisiä polarisaatioltaan. Voisi olla mielenkiintoista tehdä evästä senverran tiukkasovitteinen, että se pysyy paikoillaan ilman muita pitovälineita, niin voisi ihan kokeilla satelliitin kanssa ristipolarisaatiovaimennuksen vaikutusta...
