Inginerii electroniști știu că antenele trimit și primesc semnale sub formă de unde de energie electromagnetică (EM) descrise de ecuațiile lui Maxwell. Ca în cazul multor subiecte, aceste ecuații și proprietățile de propagare ale electromagnetismului pot fi studiate la diferite niveluri, de la termeni relativ calitativi la ecuații complexe.
Există numeroase aspecte ale propagării energiei electromagnetice, unul dintre acestea fiind polarizarea, care poate avea grade variate de impact sau preocupare în aplicații și în designul antenelor aferente. Principiile de bază ale polarizării se aplică tuturor radiațiilor electromagnetice, inclusiv RF/wireless, energiei optice și sunt adesea utilizate 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 unul pe celălalt și pe direcția de propagare a undelor plane.
Polarizarea se referă la planul câmpului electric din perspectiva emițătorului 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 perpendiculare reciproc
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 receptoare 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 la unghi drept una față de cealaltă
Polarizarea oblică a antenei este un tip de polarizare liniară. La fel ca polarizarea orizontală și verticală de bază, 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. Deși aceasta este 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 recepționate) 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 dinspre emițător), polarizarea circulară se numește polarizare circulară dreaptă (RHCP); când este rotită spre stânga, polarizare circulară stângă (LHCP) (Figura 3)
Figura 3: În polarizarea circulară, vectorul câmpului E al unei unde electromagnetice se rotește; această rotație poate fi dreaptă sau stângă
Un semnal CP este alcătuit din două unde ortogonale care sunt defazate. Sunt necesare trei condiții pentru a genera un semnal CP. Câmpul E trebuie să fie alcătuit din două componente ortogonale; cele două componente trebuie să fie defazate cu 90 de grade și să aibă amplitudine egală. O modalitate simplă de a genera CP este utilizarea unei antene elicoidale.
Polarizarea eliptică (EP) este un tip de CP. Undele polarizate eliptic reprezintă amplificarea produsă de două unde polarizate liniar, precum undele CP. Atunci când două unde polarizate liniar perpendiculare reciproc, cu amplitudini inegale, sunt combinate, se produce o undă polarizată eliptic.
Neconcordanța de polarizare dintre antene este descrisă de factorul de pierdere a polarizării (PLF). Acest parametru este exprimat în decibeli (dB) și este o funcție a diferenței de unghi de polarizare dintre antenele de transmisie și recepție. Teoretic, PLF poate varia de la 0 dB (fără pierdere) pentru o antenă perfect aliniată până la infinit dB (pierdere infinită) pentru o antenă perfect ortogonală.
În realitate, însă, alinierea (sau nealinierea) polarizării nu este perfectă, deoarece poziția mecanică a antenei, comportamentul utilizatorului, distorsiunea canalului, reflexiile pe căi multiple și alte fenomene pot provoca o anumită distorsiune unghiulară a câmpului electromagnetic transmis. Inițial, va exista o „scurgere” de polarizare încrucișată a semnalului de 10 - 30 dB sau mai mult din polarizarea ortogonală, ceea ce în unele cazuri poate fi suficient 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-ul pot funcționa în ambele sensuri, interferând cu semnalul dorit sau reducând intensitatea semnalului dorit.
De ce să ne pese de polarizare?
Polarizarea funcționează în două moduri: cu cât două antene sunt mai aliniate și au aceeași polarizare, cu atât mai mare este puterea semnalului recepționat. În schimb, o aliniere slabă a polarizării face mai dificilă pentru receptoare, fie că sunt intenționate, fie că sunt nemulțumite, să capteze suficient din semnalul de interes. În multe cazuri, „canalul” distorsionează polarizarea transmisă sau una sau ambele antene nu se află într-o direcție statică fixă.
Alegerea polarizării 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; invers, 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 (simplă sau pliată) este polarizată orizontal în orientarea sa de montare „normală” (Figura 4) și este adesea rotită cu 90 de grade pentru a prelua polarizarea verticală atunci când este necesar sau pentru a susține un mod de polarizare preferat (Figura 5).
Figura 4: O antenă dipol este de obicei montată orizontal pe catarg pentru a asigura polarizarea orizontală
Figura 5: Pentru aplicații care necesită polarizare verticală, antena dipol poate fi montată în mod corespunzător, acolo unde antena se prinde.
Polarizarea verticală este utilizată în mod obișnuit pentru stațiile radio mobile portabile, cum ar fi cele utilizate de către primii respondenți, deoarece multe modele de antene radio polarizate vertical oferă și un diagramă de radiație omnidirecțională. Prin urmare, astfel de antene nu trebuie reorientate chiar dacă direcția stației radio și a antenei se schimbă.
Antenele de înaltă frecvență (HF) de 3 - 30 MHz sunt de obicei construite ca fire lungi simple, înșirate orizontal între console. Lungimea lor este determinată de lungimea de undă (10 - 100 m). Acest tip de antenă este polarizată în mod natural pe orizontală.
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 o frecvență înaltă. Deși această descriere pare acum să fie depășită, este o denumire oficială a Uniunii Internaționale a Telecomunicațiilor și este încă utilizată pe scară largă.
Polarizarea preferată poate fi determinată în două moduri: fie folosind unde de sol pentru o semnalizare mai puternică pe rază scurtă de acțiune prin echipamente de difuzare care utilizează banda de unde medii (MW) de 300 kHz - 3 MHz, fie folosind unde ionosferice pentru distanțe mai lungi prin legătura ionosferică. În general, antenele polarizate vertical au o propagare mai bună a undei de sol, în timp ce antenele polarizate orizontal au o performanță mai bună a undei ionosferice.
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 antene CP, deși există un factor de pierdere prin polarizare.
Polarizarea este importantă și pentru sistemele 5G. Unele rețele de antene 5G cu intrări multiple/ieșiri multiple (MIMO) ating un randament crescut prin utilizarea polarizării pentru a utiliza mai eficient spectrul disponibil. Acest lucru se realizează folosind o combinație de diferite polarizări ale semnalului și multiplexarea spațială a antenelor (diversitate spațială).
Sistemul poate transmite două fluxuri de date deoarece acestea sunt conectate prin antene independente, polarizate ortogonal și pot fi recuperate independent. Chiar dacă există o oarecare polarizare încrucișată din cauza distorsiunii pe cale și canal, reflexiilor, multipath-ului și altor imperfecțiuni, receptorul folosește algoritmi sofisticați pentru a recupera fiecare semnal original, rezultând rate de eroare pe biți (BER) reduse și, în cele din urmă, o utilizare îmbunătățită a spectrului.
în concluzie
Polarizarea este o proprietate importantă a antenei, 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 de la un capăt la altul pe care o antenă o poate atinge depinde de orientarea și alinierea sa relativă. Antenele standard au polarizări diferite și sunt potrivite pentru diferite părți ale spectrului, oferind polarizarea preferată pentru aplicația țintă.
Produse recomandate:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parametri | Tipic | Unități |
| Interval de frecvență | 20-30 | GHz |
| Câştig | 15 Tip. | dBi |
| SWR | 1.3 Tip. | |
| Polarizare | Dual Liniar | |
| Izolare încrucișată | 60 Tip. | dB |
| Izolarea portului | 70 Tip. | dB |
| Conector | SMA-Ffemeie | |
| Material | Al | |
| Finisare | Vopsea | |
| Dimensiune(L*l*Î) | 83,9*39,6*69,4 (±5) | mm |
| Greutate | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Articol | Specificații | Unitate |
| Interval de frecvență | 1-18 | GHz |
| Câştig | 10 Tip. | dBi |
| SWR | 1,5 Tip. | |
| Polarizare | Liniar | |
| Izolare încrucișată a proteinelor polenizate | 30 Tip. | dB |
| Conector | SMA-Feminin | |
| Finisare | Pnu este | |
| Material | Al | |
| Dimensiune(L*l*Î) | 182,4 * 185,1 * 116,6 (±5) | mm |
| Greutate | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parametri | Tipic | Unități |
| Interval de frecvență | 2-18 | GHz |
| Câştig | 15 Tip. | dBi |
| SWR | 1,5 Tip. |
|
| Polarizare | Dual Liniar |
|
| Izolare încrucișată | 40 | dB |
| Izolarea portului | 40 | dB |
| Conector | SMA-F |
|
| Tratament de suprafață | Pnu este |
|
| Dimensiune(L*l*Î) | 276*147*147(±5) | mm |
| Greutate | 0,945 | kg |
| Material | Al |
|
| Temperatura de funcționare | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parametri | Tipic | Unități |
| Interval de frecvență | 93-95 | GHz |
| Câştig | 22 Tip. | dBi |
| SWR | 1.3 Tip. |
|
| Polarizare | Dual Liniar |
|
| Izolare încrucișată | 60 Tip. | dB |
| Izolarea portului | 67 Tip. | dB |
| Conector | WR10 |
|
| Material | Cu |
|
| Finisare | De aur |
|
| Dimensiune(L*l*Î) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Greutate | 0,015 | kg |
Data publicării: 11 aprilie 2024
