Az elektronikai mérnökök tudják, hogy az antennák a Maxwell-egyenletek által leírt elektromágneses (EM) energia hullámok formájában küldenek és fogadnak jeleket. Mint sok témát, ezeket az egyenleteket és az elektromágnesesség terjedését, tulajdonságait különböző szinteken lehet tanulmányozni, a viszonylag kvalitatív kifejezésektől a komplex egyenletekig.
Az elektromágneses energiaterjedésnek számos aspektusa van, ezek egyike a polarizáció, amely az alkalmazásokban és az antennakialakításokban különböző mértékű hatást vagy aggályt okozhat. A polarizáció alapelvei minden elektromágneses sugárzásra vonatkoznak, beleértve az RF/vezeték nélküli, az optikai energiát is, és gyakran használják optikai alkalmazásokban.
Mi az antenna polarizációja?
A polarizáció megértése előtt először meg kell értenünk az elektromágneses hullámok alapelveit. Ezek a hullámok elektromos mezőkből (E mezők) és mágneses mezőkből (H mezők) állnak, és egy irányba mozognak. Az E és H mezők merőlegesek egymásra és a síkhullám terjedési irányára.
A polarizáció a jeladó szemszögéből az E-tér síkját jelenti: vízszintes polarizáció esetén az elektromos tér a vízszintes síkban oldalra, míg függőleges polarizációnál az elektromos tér a függőleges síkban fel-le oszcillál. 1. ábra).
1. ábra: Az elektromágneses energiahullámok egymásra merőleges E és H mezőkomponensekből állnak
Lineáris polarizáció és cirkuláris polarizáció
A polarizációs módok a következők:
Az alapvető lineáris polarizációnál a két lehetséges polarizáció merőleges (merőleges) egymásra (2. ábra). Elméletileg a vízszintesen polarizált vevőantenna nem "látja" a függőlegesen polarizált antenna jelét, és fordítva, még akkor sem, ha mindkettő ugyanazon a frekvencián működik. Minél jobban vannak beállítva, annál több jelet rögzítenek, és az energiaátvitel maximalizálódik, ha a polarizáció megegyezik.
2. ábra: A lineáris polarizáció két, egymásra merőleges polarizációs lehetőséget biztosít
Az antenna ferde polarizációja a lineáris polarizáció egyik fajtája. 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 a lineáris polarizáció egy másik formája, a "lineáris" kifejezés általában csak a vízszintesen vagy függőlegesen polarizált antennákra vonatkozik.
Némi veszteség ellenére az átlós antenna által küldött (vagy vett) jelek csak vízszintesen vagy függőlegesen polarizált antennákkal lehetségesek. A ferdén polarizált antennák akkor hasznosak, ha az egyik vagy mindkét antenna polarizációja ismeretlen, vagy a használat során megváltozik.
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 kinézve) a cirkuláris polarizációt jobbkezes cirkuláris polarizációnak (RHCP) nevezzük; balra forgatva balkezes körpolarizáció (LHCP) (3. ábra)
3. ábra: Körkörös polarizációban egy elektromágneses hullám E térvektora forog; ez a forgatás lehet jobb- vagy balkezes
A CP jel két egymásra merőleges hullámból áll, amelyek fázison kívül vannak. A CP jel generálásához három feltétel szükséges. Az E mezőnek két ortogonális komponensből kell állnia; a két komponensnek 90 fokkal fázison kívül kell lennie, és egyenlő amplitúdójúnak kell lennie. A CP előállításának egyszerű módja egy spirális antenna használata.
Az elliptikus polarizáció (EP) a CP egy fajtája. Az elliptikusan polarizált hullámok két lineárisan polarizált hullám által keltett erősítést jelentik, mint például a CP hullámok. Ha két egymásra merőleges, egymástól eltérő 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 (veszteség nélkül) a tökéletesen beállított antenna esetén a végtelen dB-ig (végtelen veszteségig) a tökéletesen ortogonális antenna esetén terjedhet.
A valóságban azonban a polarizáció igazítása (vagy eltolása) nem tökéletes, mert az antenna mechanikai helyzete, a felhasználói viselkedés, a csatornatorzulás, a többutas visszaverődés és egyéb jelenségek az átvitt elektromágneses tér bizonyos szögtorzítását okozhatják. Kezdetben 10-30 dB vagy több jel keresztpolarizációs "szivárgása" lesz az ortogonális polarizációból, ami bizonyos esetekben elegendő lehet ahhoz, hogy megzavarja a kívánt jel helyreállítását.
Ezzel szemben a tényleges PLF két, ideális polarizációjú antenna esetén 10 dB, 20 dB vagy nagyobb lehet, a körülményektől függően, és akadályozhatja a jel helyreállítását. Más szavakkal, a nem szándékos keresztpolarizáció és a PLF mindkét irányban működhet a kívánt jel megzavarásával vagy a kívánt jelerősség csökkentésével.
Miért érdekel a polarizáció?
A polarizáció kétféleképpen működik: minél jobban igazodik két antenna, és minél azonos a polarizációjuk, annál jobb a vett jel erőssége. Ezzel szemben a rossz polarizációs beállítás megnehezíti a vevők számára, akár szándékosan, akár elégedetlenül, hogy elegendő mennyiségű jelet rögzítsenek. Sok esetben a "csatorna" torzítja az átvitt polarizációt, vagy az egyik vagy mindkét antenna nincs rögzített statikus irányban.
A használni kívánt polarizáció kiválasztását általában a telepítés vagy a légköri feltételek határozzák meg. Például egy vízszintesen polarizált antenna jobban teljesít, és megőrzi polaritását, ha a mennyezet közelében van felszerelve; fordítva, a függőlegesen polarizált antenna jobb teljesítményt nyújt, és megőrzi polarizációs teljesítményét, ha oldalfalhoz szerelik fel.
A széles körben használt dipólantenna (sima vagy összecsukott) vízszintesen polarizált a "normál" szerelési irányában (4. ábra), és gyakran 90 fokkal elforgatják, hogy szükség esetén függőleges polarizációt vegyen fel, vagy hogy támogassa a kívánt polarizációs módot (5. ábra).
4. ábra: A dipólantennát általában vízszintesen szerelik fel az árbocára a vízszintes polarizáció biztosítása érdekében
5. ábra: Függőleges polarizációt igénylő alkalmazásoknál a dipólus antenna megfelelően felszerelhető ott, ahol az antenna megakad
A függőleges polarizációt általában a kézi mobil rádióknál használják, például az első válaszadóknál, mivel sok függőlegesen polarizált rádióantenna-konstrukció mindenirányú sugárzási mintát is biztosít. Ezért az ilyen antennákat akkor sem kell átirányítani, ha a rádió és az antenna iránya megváltozik.
A 3-30 MHz-es nagyfrekvenciás (HF) antennákat jellemzően egyszerű hosszú vezetékekből építik fel, amelyeket vízszintesen fűznek össze a tartókonzolok között. A hosszát a hullámhossz határozza meg (10 - 100 m). Az ilyen típusú antennák természetesen vízszintesen polarizáltak.
Érdemes megjegyezni, hogy ezt a sávot "nagyfrekvenciának" nevezték évtizedekkel ezelőtt, amikor a 30 MHz valóban magas frekvencia volt. Bár ez a leírás mára elavultnak tűnik, a Nemzetközi Távközlési Unió hivatalos megjelölése, és még mindig széles körben használják.
Az előnyben részesített polarizáció kétféleképpen határozható meg: vagy földi hullámok felhasználásával a 300 kHz - 3 MHz-es középhullámú (MW) sávot használó műsorszóró berendezések általi erősebb rövid hatótávolságú jelzéshez, vagy égbolthullámokat használva nagyobb távolságokra az ionoszféra kapcsolaton keresztül. Általánosságban elmondható, hogy a függőlegesen polarizált antennák jobb talajhullám-terjedést mutatnak, míg a vízszintesen polarizált antennák jobb éghajlati teljesítményt mutatnak.
A körkörös polarizációt széles körben használják műholdak esetében, mivel a műhold tájolása a földi állomásokhoz és más műholdakhoz képest folyamatosan változik. Az adó- és vevőantennák közötti hatékonyság akkor a legnagyobb, ha mindkettő cirkulárisan polarizált, de lineárisan polarizált antennák használhatók CP antennákkal, bár van polarizációs veszteségi tényező.
A polarizáció az 5G rendszerek számára is fontos. Egyes 5G többszörös bemenetes/több kimenetű (MIMO) antennatömbök a rendelkezésre álló spektrum hatékonyabb kihasználása érdekében a polarizáció használatával nagyobb áteresztőképességet érnek el. Ezt a különböző jelpolarizációk és az antennák térbeli multiplexelésének kombinációjával érik el (térdiverzitás).
A rendszer két adatfolyamot tud továbbítani, mivel az adatfolyamokat független, ortogonálisan polarizált antennák kötik össze, és egymástól függetlenül visszanyerhetők. Még akkor is, ha az út- és csatornatorzítások, a visszaverődések, a többutas és egyéb tökéletlenségek miatt van némi keresztpolarizáció, a vevő kifinomult algoritmusokat alkalmaz minden eredeti jel visszanyerésére, ami alacsony bithibaarányt (BER) és végső soron jobb spektrumkihasználást eredményez.
befejezésül
A polarizáció az antenna fontos tulajdonsága, amelyet gyakran figyelmen kívül hagynak. Lineáris (beleértve a vízszintes és függőleges) polarizációt, a ferde polarizációt, a cirkuláris polarizációt és az elliptikus polarizációt különböző alkalmazásokhoz használják. Az antenna végponttól végpontig terjedő RF teljesítményének tartománya a relatív tájolásától és beállításától függ. A szabványos antennák eltérő polarizációval rendelkeznek, és a spektrum különböző részeihez alkalmasak, biztosítva a kívánt polarizációt a célalkalmazáshoz.
Ajánlott termékek:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Paraméterek | Tipikus | Egységek |
| Frekvencia tartomány | 20-30 | GHz |
| Nyereség | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Típus | |
| Polarizáció | Kettős Lineáris | |
| Cross Pol. Elkülönítés | 60 Typ. | dB |
| Port izolálása | 70 Typ. | dB |
| Csatlakozó | SMA-Female | |
| Anyag | Al | |
| Végső | Festék | |
| Méret(H*Sz*H) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Súly | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Tétel | Specifikáció | Egység |
| Frekvencia tartomány | 1-18 | GHz |
| Nyereség | 10 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.5 Típus | |
| Polarizáció | Lineáris | |
| Cross Po. Elkülönítés | 30 Typ. | dB |
| Csatlakozó | SMA-Nő | |
| Végső | Pnem | |
| Anyag | Al | |
| Méret(H*Sz*H) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Súly | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Paraméterek | Tipikus | Egységek |
| Frekvencia tartomány | 2-18 | GHz |
| Nyereség | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.5 Típus |
|
| Polarizáció | Kettős Lineáris |
|
| Cross Pol. Elkülönítés | 40 | dB |
| Port izolálása | 40 | dB |
| Csatlakozó | SMA-F |
|
| Felületkezelés | Pnem |
|
| Méret(H*Sz*H) | 276*147*147(±5) | mm |
| Súly | 0,945 | kg |
| Anyag | Al |
|
| Üzemi hőmérséklet | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Paraméterek | Tipikus | Egységek |
| Frekvencia tartomány | 93-95 | GHz |
| Nyereség | 22 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Típus |
|
| Polarizáció | Kettős Lineáris |
|
| Cross Pol. Elkülönítés | 60 Typ. | dB |
| Port izolálása | 67 Tip. | dB |
| Csatlakozó | WR10 |
|
| Anyag | Cu |
|
| Végső | Aranysárga |
|
| Méret(H*Sz*H) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Súly | 0,015 | kg |
Feladás időpontja: 2024.04.11
