Elektronički inženjeri znaju da antene šalju i primaju signale u obliku valova elektromagnetske (EM) energije opisanih Maxwellovim jednadžbama. Kao i kod mnogih tema, ove jednadžbe i propagacija, svojstva 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 primjenama i dizajnu njihovih antena. Osnovni principi polarizacije primjenjuju se na sva elektromagnetska zračenja, uključujući RF/bežično, optičku energiju i često se koriste u optičkim primjenama.
Što je polarizacija antene?
Prije nego što shvatimo polarizaciju, moramo prvo razumjeti osnovne principe elektromagnetskih valova. Ti valovi sastoje se 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 električnog polja iz perspektive odašiljača signala: kod horizontalne polarizacije električno polje će se kretati bočno u horizontalnoj ravnini, dok će kod vertikalne polarizacije električno polje oscilirati gore-dolje u vertikalnoj ravnini (slika 1).
Slika 1: Elektromagnetski energetski valovi sastoje se od međusobno okomitih E i H komponenti polja
Linearna polarizacija i kružna polarizacija
Polarizacijski načini rada uključuju sljedeće:
U osnovnoj linearnoj polarizaciji, dvije moguće polarizacije su ortogonalne (okomite) jedna na drugu (Slika 2). Teoretski, horizontalno polarizirana prijemna antena neće "vidjeti" signal vertikalno polarizirane antene i obrnuto, čak i ako obje rade na istoj frekvenciji. Što su bolje poravnane, 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 "linearni" obično se odnosi samo na horizontalno ili vertikalno polarizirane antene.
Unatoč nekim gubicima, signali poslani (ili primljeni) dijagonalnom antenom mogući 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 upotrebe.
Kružna polarizacija (CP) je složenija od linearne polarizacije. U ovom načinu rada, polarizacija predstavljena vektorom E polja rotira kako se signal širi. Kada se rotira udesno (gledajući iz odašiljača), kružna polarizacija naziva se desnoruka kružna polarizacija (RHCP); kada se rotira ulijevo, lijevoruka kružna polarizacija (LHCP) (Slika 3)
Slika 3: U kružnoj polarizaciji, vektor polja E elektromagnetskog vala rotira; ta rotacija može biti udesno ili ulijevo
CP signal se sastoji od dva ortogonalna vala koji su izvan faze. Za generiranje CP signala potrebna su tri uvjeta. E polje mora se sastojati od dvije ortogonalne komponente; dvije komponente moraju biti 90 stupnjeva izvan faze i jednake amplitude. Jednostavan način generiranja CP-a je korištenje spiralne antene.
Eliptična polarizacija (EP) je vrsta CP-a. Eliptično polarizirani valovi su pojačanje koje proizvode dva linearno polarizirana vala, poput CP valova. Kada se dva međusobno okomita linearno polarizirana vala s nejednakim amplitudama kombiniraju, nastaje eliptično polarizirani val.
Neusklađenost polarizacije između antena opisuje se faktorom gubitka polarizacije (PLF). Ovaj parametar se izražava u decibelima (dB) i funkcija je razlike u kutu polarizacije između odašiljačke i prijemne antene. Teoretski, PLF može varirati od 0 dB (bez gubitka) za savršeno usmjerenu antenu do beskonačnog dB (beskonačni gubitak) za savršeno ortogonalnu antenu.
Međutim, u stvarnosti, poravnanje (ili neusklađenost) polarizacije nije savršeno jer mehanički položaj antene, ponašanje korisnika, izobličenje kanala, višestruke refleksije i druge pojave mogu uzrokovati određeno kutno izobličenje odašiljanog elektromagnetskog polja. U početku će doći do "curenja" signala unakrsne polarizacije od 10 - 30 dB ili više iz ortogonalne polarizacije, što u nekim slučajevima može biti dovoljno da ometa oporavak željenog signala.
Nasuprot tome, stvarni PLF za dvije poravnate antene s idealnom polarizacijom može biti 10 dB, 20 dB ili veći, ovisno o okolnostima, i može ometati oporavak signala. Drugim riječima, nenamjerna unakrsna polarizacija i PLF mogu djelovati u oba smjera ometajući željeni signal ili smanjujući željenu jačinu signala.
Zašto bi nas zanimala polarizacija?
Polarizacija funkcionira na dva načina: što su dvije antene usklađenije i imaju istu polarizaciju, to je jačina primljenog signala veća. Suprotno tome, loše usklađivanje polarizacije otežava prijemnicima, bilo namjeravanim ili nezadovoljnim, hvatanje dovoljne količine signala od interesa. U mnogim slučajevima, "kanal" iskrivljuje odašiljenu polarizaciju ili jedna ili obje antene nisu u fiksnom statičkom smjeru.
Izbor polarizacije obično je određen instalacijom ili atmosferskim uvjetima. Na primjer, horizontalno polarizirana antena će bolje raditi i održavati svoju polarizaciju kada je instalirana blizu stropa; obrnuto, vertikalno polarizirana antena će bolje raditi i održavati svoju polarizaciju kada je instalirana blizu bočnog zida.
Široko korištena dipolna antena (obična ili presavijena) je horizontalno polarizirana u svojoj "normalnoj" orijentaciji montaže (slika 4) i često se rotira za 90 stupnjeva kako bi se po potrebi postigla vertikalna polarizacija ili kako bi se podržao preferirani način polarizacije (slika 5).
Slika 4: Dipolna antena se obično montira vodoravno na jarbol kako bi se osigurala horizontalna polarizacija.
Slika 5: Za primjene koje zahtijevaju vertikalnu polarizaciju, dipolna antena može se montirati na odgovarajući način tamo gdje antena hvata
Vertikalna polarizacija se obično koristi za ručne mobilne radio uređaje, poput onih koje koriste hitne službe, jer mnogi vertikalno polarizirani dizajni radio antena također pružaju višesmjerni uzorak zračenja. Stoga se takve antene ne moraju preusmjeravati čak i ako se smjer radija i antene promijeni.
Visokofrekventne (HF) antene od 3 - 30 MHz obično su konstruirane kao jednostavne duge žice horizontalno nanizane između nosača. Njihova duljina određena je valnom duljinom (10 - 100 m). Ova vrsta antene je prirodno horizontalno polarizirana.
Vrijedi napomenuti da se ovaj pojas naziva "visokom frekvencijom" počeo koristiti prije nekoliko desetljeća, kada je 30 MHz doista bila visoka frekvencija. Iako se ovaj opis sada čini zastarjelim, to je službena oznaka Međunarodne telekomunikacijske unije i još uvijek se široko koristi.
Poželjna polarizacija može se odrediti na dva načina: korištenjem prizemnih valova za jaču signalizaciju kratkog dometa putem radiodifuzne opreme koja koristi srednjevalni (MW) pojas od 300 kHz - 3 MHz ili korištenjem nebeskih valova za veće udaljenosti kroz ionosfersku vezu. Općenito govoreći, vertikalno polarizirane antene imaju bolje širenje prizemnih valova, dok horizontalno polarizirane antene imaju bolje performanse nebeskih valova.
Kružna polarizacija se široko koristi za satelite jer se orijentacija satelita u odnosu na zemaljske stanice i druge satelite stalno mijenja. Učinkovitost između odašiljačke i prijemne antene je najveća kada su obje kružno polarizirane, ali linearno polarizirane antene mogu se koristiti s 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 kako bi učinkovitije iskoristili dostupan spektar. To se postiže kombinacijom različitih polarizacija signala i prostornog multipleksiranja antena (prostorna raznolikost).
Sustav može prenositi dva podatkovna toka jer su podatkovni tokovi povezani neovisnim ortogonalno polariziranim antenama i mogu se neovisno oporaviti. Čak i ako postoji određena unakrsna polarizacija zbog izobličenja putanje i kanala, refleksija, višestrukog puta i drugih nesavršenosti, prijemnik koristi sofisticirane algoritme za oporavak svakog izvornog signala, što rezultira niskim stopama pogrešaka u bitovima (BER) i u konačnici poboljšanim iskorištenjem spektra.
zaključno
Polarizacija je važno svojstvo antene koje se često zanemaruje. Linearna (uključujući horizontalnu i vertikalnu) polarizacija, kosa polarizacija, kružna polarizacija i eliptična polarizacija koriste se za različite primjene. Raspon RF performansi od kraja do kraja koje antena može postići ovisi o njezinoj relativnoj orijentaciji i poravnanju. Standardne antene imaju različite polarizacije i prikladne su za različite dijelove spektra, pružajući preferiranu polarizaciju za ciljanu primjenu.
Preporučeni proizvodi:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parametri | Tipično | Jedinice |
| Frekvencijski raspon | 20-30 | GHz |
| Dobitak | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipično | |
| Polarizacija | Dual Linearno | |
| Međupolarna izolacija | 60 Tip. | dB |
| Izolacija porta | 70 Tip. | dB |
| Konektor | SMA-Fe-pošta | |
| 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 | GHz |
| Dobitak | 10 Tip. | dBi |
| VSWR | 1,5 Tipično | |
| Polarizacija | Linearno | |
| Izolacija preko Po | 30 Tip. | dB |
| Konektor | 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 | GHz |
| Dobitak | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1,5 Tipično |
|
| Polarizacija | Dual Linearno |
|
| Međupolarna izolacija | 40 | dB |
| Izolacija porta | 40 | dB |
| Konektor | 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 | GHz |
| Dobitak | 22 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipično |
|
| Polarizacija | Dual Linearno |
|
| Međupolarna izolacija | 60 Tip. | dB |
| Izolacija porta | 67 Tip. | dB |
| Konektor | 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.
