A villamosmérnökök tudják, hogy az antennák elektromágneses (EM) energiahullámok formájában küldenek és vesznek jeleket, amelyeket Maxwell-egyenletek írnak le. Sok más témához hasonlóan ezek az egyenletek, valamint az elektromágnesesség terjedési tulajdonságai különböző szinteken tanulmányozhatók, a viszonylag kvalitatív kifejezésektől az összetett egyenletekig.
Az elektromágneses energia terjedésének számos aspektusa van, ezek egyike a polarizáció, amelynek különböző mértékű hatása vagy aggálya lehet az alkalmazásokban és azok antennakialakításában. A polarizáció alapelvei minden elektromágneses sugárzásra vonatkoznak, beleértve az RF/vezeték nélküli optikai energiát is, és gyakran használják optikai alkalmazásokban.
Mi az antenna polarizációja?
Mielőtt megértenénk a polarizációt, először meg kell értenünk az elektromágneses hullámok alapelveit. Ezek a hullámok elektromos mezőkből (E mezők) és mágneses mezőkből (H mezők) állnak, és egy irányban mozognak. Az E és a H mezők merőlegesek egymásra és a síkhullám terjedési irányára.
A polarizáció a jeladó szemszögéből az elektromos tér síkjára vonatkozik: vízszintes polarizáció esetén az elektromos tér oldalirányban mozog a vízszintes síkban, míg függőleges polarizáció esetén az elektromos tér fel és le oszcillál a függőleges síkban (1. ábra).
1. ábra: Az elektromágneses energiahullámok egymásra merőleges E és H térkomponensekből állnak
Lineáris polarizáció és cirkuláris polarizáció
A polarizációs módok a következők:
Az alapvető lineáris polarizációban a két lehetséges polarizáció ortogonális (merőleges) egymásra (2. ábra). Elméletileg egy vízszintesen polarizált vevőantenna nem "látja" a függőlegesen polarizált antennától érkező jelet, és fordítva, még akkor sem, ha mindkettő ugyanazon a frekvencián működik. Minél jobban vannak beállítva, annál több jelet rögzítenek, és az energiaátadás maximalizálódik, ha a polarizációk megegyeznek.
2. ábra: A lineáris polarizáció két polarizációs lehetőséget kínál egymásra merőlegesen
Az antenna ferde polarizációja a lineáris polarizáció egyik típusa. Az alapvető vízszintes és függőleges polarizációhoz hasonlóan ennek a polarizációnak is csak földi környezetben van értelme. A ferde polarizáció ±45 fokos szöget zár be a vízszintes referenciasíkkal. Bár ez valójában csak egy másik formája a lineáris polarizációnak, a "lineáris" kifejezés általában csak a vízszintesen vagy függőlegesen polarizált antennákra utal.
Bizonyos veszteségek ellenére az átlós antenna által küldött (vagy vett) jelek csak vízszintesen vagy függőlegesen polarizált antennákkal kivitelezhetők. A ferdén polarizált antennák akkor hasznosak, ha az egyik vagy mindkét antenna polarizációja ismeretlen, vagy használat közben változik.
A cirkuláris polarizáció (CP) összetettebb, mint a lineáris polarizáció. Ebben a módban az E térvektor által képviselt polarizáció a jel terjedésével forog. Jobbra forgatva (az adóból kifelé nézve) a cirkuláris polarizációt jobbkezes cirkuláris polarizációnak (RHCP), balra forgatva pedig balkezes cirkuláris polarizációnak (LHCP) nevezzük (3. ábra).
3. ábra: Kör alakú polarizáció esetén az elektromágneses hullám E térvektora forog; ez a forgás lehet jobbra vagy balra haladó.
Egy CP jel két, fázisban eltolódott ortogonális hullámból áll. Három feltétel szükséges a CP jel létrehozásához. Az E térnek két ortogonális komponensből kell állnia; a két komponensnek 90 fokban fáziseltolódásban kell lennie, és azonos amplitúdójúnak kell lennie. A CP előállításának egy egyszerű módja egy spirális antenna használata.
Az elliptikus polarizáció (EP) a CP egyik típusa. Az elliptikusan polarizált hullámok két lineárisan polarizált hullám, például a CP hullámok által létrehozott erősítés. Amikor két egymásra merőleges, egyenlőtlen amplitúdójú, lineárisan polarizált hullámot kombinálunk, elliptikusan polarizált hullám keletkezik.
Az antennák közötti polarizációs eltérést a polarizációs veszteségi tényező (PLF) írja le. Ezt a paramétert decibelben (dB) fejezik ki, és az adó- és vevőantenna közötti polarizációs szög különbségének függvénye. Elméletileg a PLF 0 dB-től (veszteségmentes) egy tökéletesen beállított antenna esetén végtelen dB-ig (végtelen veszteség) terjedhet egy tökéletesen ortogonális antenna esetén.
A valóságban azonban a polarizáció beállítása (vagy eltolása) nem tökéletes, mivel az antenna mechanikai helyzete, a felhasználói viselkedés, a csatorna torzulása, a többutas visszaverődések és egyéb jelenségek okozhatnak némi szögtorzulást az átvitt elektromágneses térben. Kezdetben 10-30 dB vagy annál nagyobb jel-keresztpolarizációs "szivárgás" lesz az ortogonális polarizációból, ami bizonyos esetekben elegendő lehet ahhoz, hogy zavarja a kívánt jel visszaállítását.
Ezzel szemben két ideális polarizációjú, egymáshoz igazított antenna tényleges PLF-értéke a körülményektől függően 10 dB, 20 dB vagy nagyobb is lehet, és akadályozhatja a jelvisszanyerést. Más szóval, a nem kívánt keresztpolarizáció és a PLF mindkét irányban működhet, interferálva a kívánt jellel vagy csökkentve a kívánt jelerősséget.
Miért érdekel a polarizáció?
A polarizáció kétféleképpen működik: minél jobban egymáshoz igazodik két antenna, és azonos polarizációval rendelkeznek, annál jobb a vett jel erőssége. Ezzel szemben a rossz polarizáció-beállítás megnehezíti a vevők számára, akár szándékosan, akár nem, hogy elegendő mennyiségű információt vegyenek fel a vizsgált jelből. Sok esetben a "csatorna" torzítja az átvitt polarizációt, vagy az egyik vagy mindkét antenna nincs rögzített statikus irányban.
A használandó polarizáció megválasztását általában a telepítés vagy a légköri viszonyok határozzák meg. Például egy vízszintesen polarizált antenna jobban teljesít és megtartja polarizációját, ha a mennyezet közelében van felszerelve; ezzel szemben egy függőlegesen polarizált antenna jobban teljesít és megtartja polarizációs teljesítményét, ha oldalfal közelében van felszerelve.
A széles körben használt dipólantenna (sima vagy összehajtott) vízszintesen polarizált a „normál” szerelési helyzetében (4. ábra), és gyakran 90 fokkal elforgatják, hogy szükség esetén függőleges polarizációt vegyen fel, vagy hogy támogassa az előnyben részesített polarizációs módot (5. ábra).
4. ábra: A dipólantennát általában vízszintesen szerelik fel az árbocra a vízszintes polarizáció biztosítása érdekében.
5. ábra: Függőleges polarizációt igénylő alkalmazásokhoz a dipólantenna a megfelelő helyre szerelhető, ahol az antenna befogja a
A függőleges polarizációt gyakran alkalmazzák kézi mobil rádióknál, például az elsősegélynyújtók által használtaknál, mivel sok függőlegesen polarizált rádióantenna-kialakítás mindenirányú sugárzási mintázatot biztosít. Ezért az ilyen antennákat nem kell átirányítani, még akkor sem, ha a rádió és az antenna iránya megváltozik.
A 3-30 MHz-es nagyfrekvenciás (HF) antennák jellemzően egyszerű hosszú vezetékekből készülnek, amelyeket vízszintesen rögzítenek a konzolok között. Hosszukat a hullámhossz (10-100 m) határozza meg. Ez a típusú antenna természetes módon vízszintesen polarizált.
Érdemes megjegyezni, hogy ezt a sávot évtizedekkel ezelőtt kezdték „nagyfrekvenciásnak” nevezni, amikor a 30 MHz valóban nagyfrekvenciás volt. Bár ez a leírás mára elavultnak tűnik, a Nemzetközi Távközlési Unió hivatalos megnevezése, és még mindig széles körben használják.
Az előnyben részesített polarizáció kétféleképpen határozható meg: vagy földhullámokat használunk az erősebb rövid hatótávolságú jelzéshez a 300 kHz - 3 MHz középhullámú (MW) sávot használó műsorszóró berendezések által, vagy éghullámokat használunk hosszabb távolságokra az ionoszféra-összeköttetésen keresztül. Általánosságban elmondható, hogy a függőlegesen polarizált antennák jobb földhullám-terjedéssel rendelkeznek, míg a vízszintesen polarizált antennák jobb éghullám-teljesítményt nyújtanak.
A cirkuláris polarizációt széles körben alkalmazzák műholdak esetében, mivel a műhold földi állomásokhoz és más műholdakhoz viszonyított orientációja folyamatosan változik. Az adó- és vevőantennák közötti hatékonyság akkor a legnagyobb, ha mindkettő cirkulárisan polarizált, de lineárisan polarizált antennák is használhatók CP antennákkal, bár van egy polarizációs veszteségi tényező.
A polarizáció az 5G rendszereknél is fontos. Egyes 5G többszörös bemenetű/többszörös kimenetű (MIMO) antennarendszerek a polarizáció használatával nagyobb átviteli sebességet érnek el a rendelkezésre álló spektrum hatékonyabb kihasználása érdekében. Ezt különböző jelpolarizációk és az antennák térbeli multiplexelésének (térbeli diverzitás) kombinációjával érik el.
A rendszer két adatfolyamot képes továbbítani, mivel az adatfolyamokat független, ortogonálisan polarizált antennák kötik össze, és egymástól függetlenül állíthatók vissza. Még ha némi keresztpolarizáció is fennáll az útvonal- és csatornatorzulás, a visszaverődések, a többutas terjedés és egyéb tökéletlenségek miatt, a vevő kifinomult algoritmusokat alkalmaz az egyes eredeti jelek helyreállítására, ami alacsony bithibaarányt (BER) és végső soron jobb spektrumkihasználást eredményez.
összefoglalva
A polarizáció egy fontos antennatulajdonság, amelyet gyakran figyelmen kívül hagynak. Különböző alkalmazásokban lineáris (beleértve a vízszintes és függőleges) polarizációt, ferde polarizációt, körkörös polarizációt és elliptikus polarizációt használnak. Az antenna által elérhető végponttól végpontig terjedő rádiófrekvenciás teljesítménytartomány a relatív orientációjától és beállításától függ. A standard antennák különböző polarizációkkal rendelkeznek, és a spektrum különböző részeire alkalmasak, biztosítva a célalkalmazáshoz előnyös polarizációt.
Ajánlott termékek:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Paraméterek | Tipikus | Egységek |
| Frekvenciatartomány | 20-30 | GHz |
| Nyereség | 15 típus. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipikus. | |
| Polarizáció | Kettős Lineáris | |
| Keresztpolarizációs izoláció | 60 Tip. | dB |
| Port izolálás | 70 Tip. | dB |
| Csatlakozó | SMA-Female | |
| Anyag | Al | |
| Végső | Festék | |
| Méret(H*Sz*M) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Súly | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Tétel | Specifikáció | Egység |
| Frekvenciatartomány | 1-18 | GHz |
| Nyereség | 10 típus. | dBi |
| VSWR | 1,5 Tipikus. | |
| Polarizáció | Lineáris | |
| Keresztirányú Po. Izoláció | 30 Tipikus. | dB |
| Csatlakozó | SMA-Női | |
| Végső | Pszent | |
| Anyag | Al | |
| Méret(H*Sz*M) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Súly | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Paraméterek | Tipikus | Egységek |
| Frekvenciatartomány | 2-18 | GHz |
| Nyereség | 15 típus. | dBi |
| VSWR | 1,5 Tipikus. |
|
| Polarizáció | Kettős Lineáris |
|
| Keresztpolarizációs izoláció | 40 | dB |
| Port izolálás | 40 | dB |
| Csatlakozó | SMA-F |
|
| Felületkezelés | Pszent |
|
| Méret(H*Sz*M) | 276*147*147(±5) | mm |
| Súly | 0,945 | kg |
| Anyag | Al |
|
| Üzemi hőmérséklet | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Paraméterek | Tipikus | Egységek |
| Frekvenciatartomány | 93-95 | GHz |
| Nyereség | 22. típus. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipikus. |
|
| Polarizáció | Kettős Lineáris |
|
| Keresztpolarizációs izoláció | 60 Tip. | dB |
| Port izolálás | 67-es típus. | dB |
| Csatlakozó | WR10 |
|
| Anyag | Cu |
|
| Végső | Aranysárga |
|
| Méret(H*Sz*M) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Súly | 0,015 | kg |
Közzététel ideje: 2024. április 11.
