Elektronički inženjeri znaju da antene šalju i primaju signale u obliku valova elektromagnetske (EM) energije opisane Maxwellovim jednadžbama. Kao i kod mnogih tema, ove jednadžbe i svojstva širenja elektromagnetizma mogu se proučavati na različitim razinama, od relativno kvalitativnih pojmova do složenih jednadžbi.
Postoje mnogi aspekti širenja elektromagnetske energije, od kojih je jedan polarizacija, koja može imati različite stupnjeve utjecaja ili zabrinutosti u aplikacijama i dizajnu njihovih antena. Osnovni principi polarizacije primjenjuju se na sva elektromagnetska zračenja, uključujući RF/bežično zračenje, optičku energiju i često se koriste u optičkim primjenama.
Što je polarizacija antene?
Prije razumijevanja polarizacije, prvo moramo razumjeti osnovne principe elektromagnetskih valova. Ovi valovi se sastoje od električnih polja (E polja) i magnetskih polja (H polja) i kreću se u jednom smjeru. E i H polja su okomita jedno na drugo i na smjer širenja ravnog vala.
Polarizacija se odnosi na ravninu E-polja iz perspektive odašiljača signala: za horizontalnu polarizaciju, električno polje će se kretati bočno u horizontalnoj ravnini, dok će za vertikalnu polarizaciju električno polje oscilirati gore-dolje u vertikalnoj ravnini.( slika 1).
Slika 1: Valovi elektromagnetske energije sastoje se od međusobno okomitih E i H komponenti polja
Linearna polarizacija i kružna polarizacija
Načini polarizacije uključuju sljedeće:
U osnovnoj linearnoj polarizaciji, dvije moguće polarizacije su ortogonalne (okomite) jedna na drugu (slika 2). U teoriji, horizontalno polarizirana prijemna antena neće "vidjeti" signal od vertikalno polarizirane antene i obrnuto, čak i ako obje rade na istoj frekvenciji. Što su bolje usklađeni, to se više signala hvata, a prijenos energije je maksimalan kada se polarizacije podudaraju.
Slika 2: Linearna polarizacija pruža dvije mogućnosti polarizacije pod pravim kutom jedna prema drugoj
Kosa polarizacija antene je vrsta linearne polarizacije. Poput osnovne horizontalne i vertikalne polarizacije, ova polarizacija ima smisla samo u zemaljskom okruženju. Kosa polarizacija je pod kutom od ±45 stupnjeva u odnosu na horizontalnu referentnu ravninu. Iako je ovo zapravo samo još jedan oblik linearne polarizacije, izraz "linearna" obično se odnosi samo na horizontalno ili vertikalno polarizirane antene.
Unatoč određenim gubicima, signali koje šalje (ili prima) dijagonalna antena izvedivi su samo s horizontalno ili vertikalno polariziranim antenama. Koso polarizirane antene korisne su kada je polarizacija jedne ili obje antene nepoznata ili se mijenja tijekom uporabe.
Cirkularna polarizacija (CP) je složenija od linearne polarizacije. U ovom načinu, polarizacija predstavljena vektorom E polja rotira kako se signal širi. Kada se zakrene udesno (gledajući iz odašiljača), kružna polarizacija naziva se desnoruka kružna polarizacija (RHCP); kada se zakrene ulijevo, lijeva kružna polarizacija (LHCP) (slika 3)
Slika 3: U kružnoj polarizaciji vektor E polja elektromagnetskog vala rotira; ovo okretanje može biti desno ili lijevo
CP signal se sastoji od dva ortogonalna vala koji nisu u fazi. Za generiranje CP signala potrebna su tri uvjeta. E polje se mora sastojati od dvije ortogonalne komponente; dvije komponente moraju biti 90 stupnjeva izvan faze i jednake amplitude. Jednostavan način za generiranje CP je korištenje spiralne antene.
Eliptična polarizacija (EP) je vrsta CP. Eliptično polarizirani valovi su pojačanje koje proizvode dva linearno polarizirana vala, poput CP valova. Kada se spoje dva međusobno okomita linearno polarizirana vala nejednakih amplituda, nastaje eliptično polariziran val.
Neusklađenost polarizacije između antena opisuje se faktorom polarizacijskog gubitka (PLF). Ovaj parametar se izražava u decibelima (dB) i funkcija je razlike u kutu polarizacije između odašiljačke i prijamne antene. Teoretski, PLF može biti u rasponu od 0 dB (bez gubitka) za savršeno usmjerenu antenu do beskonačnih dB (beskonačni gubitak) za savršeno ortogonalnu antenu.
U stvarnosti, međutim, poravnanje (ili neusklađenost) polarizacije nije savršeno jer mehanički položaj antene, ponašanje korisnika, izobličenje kanala, višestazne refleksije i drugi fenomeni mogu uzrokovati neka kutna izobličenja odaslanog elektromagnetskog polja. U početku će biti 10 - 30 dB ili više "curenja" unakrsne polarizacije signala iz ortogonalne polarizacije, što u nekim slučajevima može biti dovoljno da ometa oporavak željenog signala.
Nasuprot tome, stvarni PLF za dvije usmjerene antene s idealnom polarizacijom može biti 10 dB, 20 dB ili veći, ovisno o okolnostima, i može spriječiti oporavak signala. Drugim riječima, nenamjerna unakrsna polarizacija i PLF mogu djelovati u oba smjera ometajući željeni signal ili smanjujući željenu snagu signala.
Zašto mariti za polarizaciju?
Polarizacija djeluje na dva načina: što su dvije antene više poravnate i imaju istu polarizaciju, to je jačina primljenog signala bolja. Nasuprot tome, loše poravnanje polarizacije otežava prijemnicima, bilo namjeravanim ili nezadovoljnim, da uhvate dovoljno signala od interesa. U mnogim slučajevima, "kanal" iskrivljuje odaslanu polarizaciju ili jedna ili obje antene nisu u fiksnom statičkom smjeru.
Izbor polarizacije koju ćete koristiti obično je određen instalacijom ili atmosferskim uvjetima. Na primjer, horizontalno polarizirana antena radit će bolje i zadržati svoju polarizaciju kada je postavljena blizu stropa; obrnuto, okomito polarizirana antena će raditi bolje i zadržati svoju polarizacijsku izvedbu kada je postavljena blizu bočnog zida.
Široko korištena dipolna antena (obična ili presavijena) horizontalno je polarizirana u svojoj "normalnoj" orijentaciji za montažu (Slika 4) i često je zakrenuta za 90 stupnjeva kako bi se pretpostavila vertikalna polarizacija kada je to potrebno ili kako bi se podržao preferirani način polarizacije (Slika 5).
Slika 4: Dipolna antena obično se postavlja vodoravno na svoj jarbol kako bi se osigurala horizontalna polarizacija
Slika 5: Za aplikacije koje zahtijevaju okomitu polarizaciju, dipolna antena se može montirati na odgovarajuće mjesto gdje antena hvata
Vertikalna polarizacija obično se koristi za ručne mobilne radiouređaje, poput onih koje koriste hitne službe, jer mnoge konstrukcije vertikalno polariziranih radio antena također daju višesmjerni uzorak zračenja. Stoga se takve antene ne moraju preusmjeravati čak i ako se promijeni smjer radija i antene.
Visokofrekventne (HF) antene od 3 - 30 MHz obično su konstruirane kao jednostavne dugačke žice vodoravno nanizane između zagrada. Duljina mu je određena valnom duljinom (10 - 100 m). Ova vrsta antene je prirodno horizontalno polarizirana.
Vrijedno je napomenuti da se ovaj pojas naziva "visoka frekvencija" počeo prije nekoliko desetljeća, kada je 30 MHz doista bila visoka frekvencija. Iako se sada čini da je ovaj opis zastario, to je službena oznaka Međunarodne telekomunikacijske unije i još uvijek se široko koristi.
Preferirana polarizacija može se odrediti na dva načina: korištenjem zemaljskih valova za jače signaliziranje kratkog dometa putem opreme za emitiranje koja koristi srednjevalni (MW) pojas od 300 kHz - 3 MHz ili korištenjem nebeskih valova za veće udaljenosti kroz vezu ionosfere. Općenito govoreći, vertikalno polarizirane antene imaju bolje širenje valova na zemlji, dok horizontalno polarizirane antene imaju bolje performanse nebeskih valova.
Kružna polarizacija naširoko se koristi za satelite jer se orijentacija satelita u odnosu na zemaljske postaje i druge satelite stalno mijenja. Učinkovitost između odašiljačke i prijamne antene je najveća kada su obje cirkularno polarizirane, ali linearno polarizirane antene mogu se koristiti sa CP antenama, iako postoji faktor gubitka polarizacije.
Polarizacija je također važna za 5G sustave. Neki 5G antenski nizovi s više ulaza/više izlaza (MIMO) postižu povećanu propusnost korištenjem polarizacije za učinkovitije korištenje dostupnog spektra. To se postiže kombinacijom različitih polarizacija signala i prostornog multipleksiranja antena (prostorna raznolikost).
Sustav može odašiljati dva toka podataka jer su tokovi podataka povezani nezavisnim ortogonalno polariziranim antenama i mogu se neovisno povratiti. Čak i ako postoji određena unakrsna polarizacija zbog izobličenja putanje i kanala, refleksije, višestaznosti i drugih nesavršenosti, prijemnik koristi sofisticirane algoritme za oporavak svakog izvornog signala, što rezultira niskom stopom pogreške u bitovima (BER) i konačno poboljšanom iskoristivosti spektra.
u zaključku
Polarizacija je važno svojstvo antene koje se često zanemaruje. Linearna (uključujući vodoravnu i okomitu) polarizacija, kosa polarizacija, kružna polarizacija i eliptična polarizacija koriste se za različite primjene. Raspon end-to-end RF performansi koje antena može postići ovisi o njezinoj relativnoj orijentaciji i poravnanju. Standardne antene imaju različite polarizacije i prikladne su za različite dijelove spektra, dajući željenu polarizaciju za ciljnu primjenu.
Preporučeni proizvodi:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parametri | Tipično | jedinice |
| Frekvencijski raspon | 20-30 (prikaz, stručni). | GHz |
| dobitak | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tip. | |
| Polarizacija | Dual Linearno | |
| Križ Pol. Izolacija | 60 Tip. | dB |
| Izolacija luke | 70 Tip. | dB |
| Priključak | SMA-Fženska osoba | |
| Materijal | Al | |
| Završna obrada | Boja | |
| Veličina(D*Š*V) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Težina | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Artikal | Specifikacija | Jedinica |
| Frekvencijski raspon | 1-18 (prikaz, stručni). | GHz |
| dobitak | 10 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tip. | |
| Polarizacija | Linearno | |
| Križ Po. Izolacija | 30 Tip. | dB |
| Priključak | SMA-Žena | |
| Završna obrada | Pnije | |
| Materijal | Al | |
| Veličina(D*Š*V) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Težina | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parametri | Tipično | jedinice |
| Frekvencijski raspon | 2-18 (prikaz, stručni). | GHz |
| dobitak | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tip. |
|
| Polarizacija | Dual Linearno |
|
| Križ Pol. Izolacija | 40 | dB |
| Izolacija luke | 40 | dB |
| Priključak | SMA-F |
|
| Površinska obrada | Pnije |
|
| Veličina(D*Š*V) | 276*147*147(±5) | mm |
| Težina | 0,945 | kg |
| Materijal | Al |
|
| Radna temperatura | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parametri | Tipično | jedinice |
| Frekvencijski raspon | 93-95 (prikaz, ostalo). | GHz |
| dobitak | 22 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tip. |
|
| Polarizacija | Dual Linearno |
|
| Križ Pol. Izolacija | 60 Tip. | dB |
| Izolacija luke | 67 Tip. | dB |
| Priključak | WR10 |
|
| Materijal | Cu |
|
| Završna obrada | zlatni |
|
| Veličina(D*Š*V) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Težina | 0,015 | kg |
Vrijeme objave: 11. travnja 2024
