Inginerii electronici știu că antenele trimit și primesc semnale sub formă de unde de energie electromagnetică (EM) descrise de ecuațiile lui Maxwell. Ca și în cazul multor subiecte, aceste ecuații, precum și propagarea, proprietățile electromagnetismului, pot fi studiate la diferite niveluri, de la termeni relativ calitativi la ecuații complexe.
Există multe aspecte ale propagării energiei electromagnetice, dintre care unul este polarizarea, care poate avea diferite grade de impact sau de îngrijorare în aplicații și designul antenei acestora. Principiile de bază ale polarizării se aplică tuturor radiațiilor electromagnetice, inclusiv RF/wireless, energiei optice și sunt adesea folosite în aplicații optice.
Ce este polarizarea antenei?
Înainte de a înțelege polarizarea, trebuie să înțelegem mai întâi principiile de bază ale undelor electromagnetice. Aceste unde sunt compuse din câmpuri electrice (câmpuri E) și câmpuri magnetice (câmpuri H) și se mișcă într-o singură direcție. Câmpurile E și H sunt perpendiculare între ele și pe direcția de propagare a undelor plane.
Polarizarea se referă la planul câmpului E din perspectiva transmițătorului de semnal: pentru polarizarea orizontală, câmpul electric se va deplasa lateral în planul orizontal, în timp ce pentru polarizarea verticală, câmpul electric va oscila în sus și în jos în planul vertical.( figura 1).
Figura 1: Undele de energie electromagnetică constau din componente de câmp E și H reciproc perpendiculare
Polarizare liniară și polarizare circulară
Modurile de polarizare includ următoarele:
În polarizarea liniară de bază, cele două polarizări posibile sunt ortogonale (perpendiculare) una față de cealaltă (Figura 2). În teorie, o antenă de recepție polarizată orizontal nu va „vedea” un semnal de la o antenă polarizată vertical și invers, chiar dacă ambele funcționează la aceeași frecvență. Cu cât sunt mai bine aliniate, cu atât mai mult semnal este captat, iar transferul de energie este maximizat atunci când polarizările se potrivesc.
Figura 2: Polarizarea liniară oferă două opțiuni de polarizare în unghi drept unul față de celălalt
Polarizarea oblică a antenei este un tip de polarizare liniară. La fel ca polarizarea de bază orizontală și verticală, această polarizare are sens doar într-un mediu terestru. Polarizarea oblică este la un unghi de ±45 de grade față de planul de referință orizontal. În timp ce aceasta este într-adevăr doar o altă formă de polarizare liniară, termenul „liniar” se referă de obicei doar la antene polarizate orizontal sau vertical.
În ciuda unor pierderi, semnalele trimise (sau primite) de o antenă diagonală sunt fezabile doar cu antene polarizate orizontal sau vertical. Antenele polarizate oblic sunt utile atunci când polarizarea uneia sau a ambelor antene este necunoscută sau se modifică în timpul utilizării.
Polarizarea circulară (CP) este mai complexă decât polarizarea liniară. În acest mod, polarizarea reprezentată de vectorul câmpului E se rotește pe măsură ce semnalul se propagă. Când este rotită spre dreapta (privind în afară de la transmițător), polarizarea circulară se numește polarizare circulară dreaptă (RHCP); când este rotit spre stânga, polarizare circulară pentru stânga (LHCP) (Figura 3)
Figura 3: În polarizare circulară, vectorul câmpului E al unei unde electromagnetice se rotește; această rotație poate fi dreptaci sau stângaci
Un semnal CP este format din două unde ortogonale care sunt defazate. Sunt necesare trei condiții pentru a genera un semnal CP. Câmpul E trebuie să fie format din două componente ortogonale; cele două componente trebuie să fie defazate la 90 de grade și egale ca amplitudine. O modalitate simplă de a genera CP este utilizarea unei antene elicoidale.
Polarizarea eliptică (EP) este un tip de CP. Undele polarizate eliptic sunt câștigul produs de două unde polarizate liniar, precum undele CP. Când sunt combinate două unde polarizate liniar perpendiculare reciproc, cu amplitudini inegale, se produce o undă polarizată eliptic.
Nepotrivirea de polarizare între antene este descrisă de factorul de pierdere de polarizare (PLF). Acest parametru este exprimat în decibeli (dB) și este o funcție a diferenței de unghi de polarizare dintre antenele de transmisie și cele de recepție. Teoretic, PLF poate varia de la 0 dB (fără pierderi) pentru o antenă perfect aliniată la infinit dB (pierdere infinită) pentru o antenă perfect ortogonală.
În realitate, totuși, alinierea (sau alinierea greșită) a polarizării nu este perfectă, deoarece poziția mecanică a antenei, comportamentul utilizatorului, distorsiunea canalului, reflexiile pe mai multe căi și alte fenomene pot provoca o anumită distorsiune unghiulară a câmpului electromagnetic transmis. Inițial, va exista 10 - 30 dB sau mai mult de „scurgere” de polarizare încrucișată a semnalului de la polarizarea ortogonală, care în unele cazuri poate fi suficientă pentru a interfera cu recuperarea semnalului dorit.
În schimb, PLF-ul real pentru două antene aliniate cu polarizare ideală poate fi de 10 dB, 20 dB sau mai mare, în funcție de circumstanțe, și poate împiedica recuperarea semnalului. Cu alte cuvinte, polarizarea încrucișată neintenționată și PLF pot funcționa în ambele sensuri, interferând cu semnalul dorit sau reducând puterea semnalului dorit.
De ce să-i pese de polarizare?
Polarizarea funcționează în două moduri: cu cât două antene sunt mai aliniate și au aceeași polarizare, cu atât este mai bună puterea semnalului primit. Dimpotrivă, alinierea slabă a polarizării face mai dificil pentru receptori, fie intenționați, fie nesatisfăcut, să capteze suficient semnal de interes. În multe cazuri, „canalul” distorsionează polarizarea transmisă sau una sau ambele antene nu sunt într-o direcție statică fixă.
Alegerea polarizării de utilizat este de obicei determinată de instalație sau de condițiile atmosferice. De exemplu, o antenă polarizată orizontal va funcționa mai bine și își va menține polarizarea atunci când este instalată lângă tavan; dimpotrivă, o antenă polarizată vertical va funcționa mai bine și își va menține performanța de polarizare atunci când este instalată lângă un perete lateral.
Antena dipol utilizată pe scară largă (plată sau pliată) este polarizată orizontal în orientarea sa de montare „normală” (Figura 4) și este adesea rotită cu 90 de grade pentru a asuma polarizare verticală atunci când este necesar sau pentru a suporta un mod de polarizare preferat (Figura 5).
Figura 4: O antenă dipol este de obicei montată orizontal pe catargul său pentru a asigura polarizare orizontală
Figura 5: Pentru aplicațiile care necesită polarizare verticală, antena dipol poate fi montată corespunzător acolo unde se prinde antena
Polarizarea verticală este folosită în mod obișnuit pentru radiourile mobile portabile, cum ar fi cele folosite de primii răspunsuri, deoarece multe modele de antene radio polarizate vertical oferă, de asemenea, un model de radiație omnidirecțional. Prin urmare, astfel de antene nu trebuie să fie reorientate chiar dacă direcția radioului și a antenei se schimbă.
Antenele de frecvență de înaltă frecvență (HF) de 3 - 30 MHz sunt în mod obișnuit construite ca simple fire lungi înșirate orizontal între paranteze. Lungimea sa este determinată de lungimea de undă (10 - 100 m). Acest tip de antenă este în mod natural polarizat orizontal.
Este demn de remarcat faptul că referirea la această bandă ca „frecvență înaltă” a început cu zeci de ani în urmă, când 30 MHz era într-adevăr frecvență înaltă. Deși această descriere pare acum a fi depășită, este o denumire oficială de către Uniunea Internațională a Telecomunicațiilor și este încă utilizată pe scară largă.
Polarizarea preferată poate fi determinată în două moduri: fie folosind undele de sol pentru o semnalizare mai puternică pe rază scurtă de acțiune de către echipamentele de difuzare care utilizează banda de undă medie (MW) de 300 kHz - 3 MHz, fie folosind undele cerului pe distanțe mai lungi prin legătura ionosferă. În general, antenele polarizate vertical au o propagare mai bună a undelor de sol, în timp ce antenele polarizate orizontal au o performanță mai bună a undelor cerului.
Polarizarea circulară este utilizată pe scară largă pentru sateliți, deoarece orientarea satelitului față de stațiile terestre și alți sateliți se schimbă constant. Eficiența dintre antenele de transmisie și recepție este cea mai mare atunci când ambele sunt polarizate circular, dar antenele polarizate liniar pot fi utilizate cu antenele CP, deși există un factor de pierdere a polarizării.
Polarizarea este, de asemenea, importantă pentru sistemele 5G. Unele rețele de antene 5G cu intrări multiple/ieșiri multiple (MIMO) realizează un debit crescut utilizând polarizarea pentru a utiliza mai eficient spectrul disponibil. Acest lucru se realizează utilizând o combinație de polarizări diferite ale semnalului și multiplexarea spațială a antenelor (diversitate spațială).
Sistemul poate transmite două fluxuri de date deoarece fluxurile de date sunt conectate prin antene independente polarizate ortogonal și pot fi recuperate independent. Chiar dacă există o anumită polarizare încrucișată din cauza distorsiunii traseului și canalului, reflexiilor, traseelor multiple și altor imperfecțiuni, receptorul folosește algoritmi sofisticați pentru a recupera fiecare semnal original, rezultând rate scăzute de eroare de biți (BER) și, în cele din urmă, o utilizare îmbunătățită a spectrului.
în concluzie
Polarizarea este o proprietate importantă a antenei care este adesea trecută cu vederea. Polarizarea liniară (inclusiv orizontală și verticală), polarizarea oblică, polarizarea circulară și polarizarea eliptică sunt utilizate pentru diferite aplicații. Gama de performanțe RF end-to-end pe care o antenă le poate atinge depinde de orientarea și alinierea ei relative. Antenele standard au polarizări diferite și sunt potrivite pentru diferite părți ale spectrului, oferind polarizarea preferată pentru aplicația țintă.
Produse recomandate:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parametrii | Tipic | Unități |
| Gama de frecvente | 20-30 | GHz |
| Câştig | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tip. | |
| Polarizare | Dual Liniar | |
| Cross Pol. Izolare | 60 Tip. | dB |
| Izolarea portului | 70 Tip. | dB |
| Conector | SMA-Female | |
| Material | Al | |
| Finisare | Vopsea | |
| Dimensiune(L*L*H) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Greutate | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Articol | Caietul de sarcini | Unitate |
| Gama de frecvente | 1-18 | GHz |
| Câştig | 10 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tip. | |
| Polarizare | Liniar | |
| Cross Po. Izolare | 30 Tip. | dB |
| Conector | SMA-femeie | |
| Finisare | Paint | |
| Material | Al | |
| Dimensiune(L*L*H) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Greutate | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parametrii | Tipic | Unități |
| Gama de frecvente | 2-18 | GHz |
| Câştig | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tip. |
|
| Polarizare | Dual Liniar |
|
| Cross Pol. Izolare | 40 | dB |
| Izolarea portului | 40 | dB |
| Conector | SMA-F |
|
| Tratarea suprafeței | Paint |
|
| Dimensiune(L*L*H) | 276*147*147(±5) | mm |
| Greutate | 0,945 | kg |
| Material | Al |
|
| Temperatura de operare | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parametrii | Tipic | Unități |
| Gama de frecvente | 93-95 | GHz |
| Câştig | 22 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tip. |
|
| Polarizare | Dual Liniar |
|
| Cross Pol. Izolare | 60 Tip. | dB |
| Izolarea portului | 67 Tip. | dB |
| Conector | WR10 |
|
| Material | Cu |
|
| Finisare | De aur |
|
| Dimensiune(L*L*H) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Greutate | 0,015 | kg |
Ora postării: 11-apr-2024
