图19.22 电场极化
天线的下一个重要参数是极化。极化指的是组成一个传播的EM波的电场分量的指向和相对相位。有三种形式的极化：圆极化、椭圆极化和线极化。仔细观察会发现，线极化和圆极化只是椭圆极化的一个特例而已。考虑图19.22，给出了两个90°相差的正交电场。如果E1和E2相等，则该电磁波为圆极化（CP）。如果E1和E2不相等，则该电磁波为椭圆极化（EP）。如果波是传入页面，则该电磁波为右手极化（right-hand polarization，RHP），如果波是传出页面，则电磁波为左手极化（lefthand polarization，LHP）。如果E1或E2为0，则该电磁波为线极化（linearly polarized，LP）。
通信和广播卫星通常使用极化来隔离同频信道，以使单位带宽内的数据吞吐量有效加倍。这可以通过使用垂直和水平指向的线极化波或使用左手圆极化和右手圆极化波来完成。对一个单频全双工链路而言，这似乎是立方星隔离上下行链路通道的一个有吸引力的选择。
但是，这存在几个主要的问题。当从对侧看发射天线时，一个圆极化天线将会产生一个不同方向的场旋转。这导致在天线被翻转180°时，传播的波将改变其左右手特性（LHP和RHP）。例如，从纸的背面观察图19.22，并注意场的旋转方向现在是逆时针方向。因此，如果卫星发生翻滚，地面站必须能在卫星飞行的状态下切换发射和接收天线的极化模式。对于线性极化方案，为了充分隔离通道，接收和发射天线的正交线性元素必须近乎完全对齐。在仅仅20°的错位下，隔离就降低至8.8 dB。这要求卫星有优异的姿态控制系统，或地面站采用线性极化天线，以重新定向，从而匹配来自卫星的信号。线性极化方案更复杂的是法拉第旋转现象。(www.xing528.com)
为了避免这些不必要的复杂性，线性-圆极化方案是最简单也是最有效的。卫星使用线极化天线，地面站使用圆极化天线。选择一个LHP或RHP的地面天线是不重要的。这允许卫星可以有任何的指向，而不会有极化效应中断链路。此外，卫星和地面站只需要使用一个天线即可。这一系统用于ION的天线系统。地面站的圆极化天线将对在任何指向上的线性信号保持相同的敏感性。卫星的线极化天线可以处在任何指向上，同样，其将对圆极化波保持相同的敏感性。这是互易的另一种表现形式。唯一的缺点是，在线性和圆极化天线之间存在一个3 dB的极化损耗（见图19.23的推导）。这在上行链路和下行链路中都会发生。对于简化天线带来的好处而言，该损耗是值得。对卫星的特定指向而言，辐射图可能会很弱，但这会在链路预算的断点损耗计算中得到解决。
图19.23 圆极化到线极化的极化损耗
在圆极化天线中，椭圆率是一个在文档中经常提到的参数。它指的是椭圆和理想圆之间的偏差。指定了沿着椭圆长轴的功率增益和沿着椭圆短轴的功率损耗，通常是分贝或比例的形式。当接收天线是一个线极化天线时，在线极化天线与椭圆长轴平行的情况下，椭圆率被看作是最坏情况下的损耗。
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