Elektroní inžinieri vedia, že antény vysielajú a prijímajú signály vo forme vĺn elektromagnetickej (EM) energie opísanej Maxwellovými rovnicami.Ako pri mnohých témach, aj tieto rovnice a vlastnosti šírenia elektromagnetizmu možno študovať na rôznych úrovniach, od relatívne kvalitatívnych pojmov až po zložité rovnice.
Existuje mnoho aspektov šírenia elektromagnetickej energie, jedným z nich je polarizácia, ktorá môže mať rôzny stupeň vplyvu alebo obavy v aplikáciách a ich návrhoch antén.Základné princípy polarizácie platia pre všetko elektromagnetické žiarenie, vrátane RF/bezdrôtovej, optickej energie a často sa používajú v optických aplikáciách.
Čo je polarizácia antény?
Pred pochopením polarizácie musíme najprv pochopiť základné princípy elektromagnetických vĺn.Tieto vlny sa skladajú z elektrických polí (E polia) a magnetických polí (H polia) a pohybujú sa jedným smerom.Polia E a H sú kolmé na seba a na smer šírenia rovinnej vlny.
Polarizácia sa vzťahuje na rovinu E poľa z pohľadu vysielača signálu: pre horizontálnu polarizáciu sa elektrické pole bude pohybovať do strán v horizontálnej rovine, zatiaľ čo pre vertikálnu polarizáciu bude elektrické pole oscilovať nahor a nadol vo vertikálnej rovine.( postava 1).
Obrázok 1: Vlny elektromagnetickej energie pozostávajú zo vzájomne kolmých zložiek E a H poľa
Lineárna polarizácia a kruhová polarizácia
Medzi režimy polarizácie patria:
Pri základnej lineárnej polarizácii sú dve možné polarizácie navzájom ortogonálne (kolmé) (obrázok 2).Teoreticky horizontálne polarizovaná prijímacia anténa „nevidí“ signál z vertikálne polarizovanej antény a naopak, aj keď obe pracujú na rovnakej frekvencii.Čím lepšie sú zarovnané, tým viac signálu sa zachytí a prenos energie sa maximalizuje, keď sa polarizácie zhodujú.
Obrázok 2: Lineárna polarizácia poskytuje dve možnosti polarizácie v pravom uhle k sebe
Šikmá polarizácia antény je typ lineárnej polarizácie.Rovnako ako základná horizontálna a vertikálna polarizácia, aj táto polarizácia má zmysel len v pozemskom prostredí.Šikmá polarizácia je v uhle ±45 stupňov k horizontálnej referenčnej rovine.Aj keď ide v skutočnosti len o inú formu lineárnej polarizácie, pojem „lineárny“ sa zvyčajne vzťahuje iba na horizontálne alebo vertikálne polarizované antény.
Napriek určitým stratám sú signály odosielané (alebo prijímané) diagonálnou anténou možné iba s horizontálne alebo vertikálne polarizovanými anténami.Šikmé polarizované antény sú užitočné, keď polarizácia jednej alebo oboch antén nie je známa alebo sa počas používania mení.
Kruhová polarizácia (CP) je zložitejšia ako lineárna polarizácia.V tomto režime sa polarizácia reprezentovaná vektorom poľa E otáča, keď sa signál šíri.Pri otočení doprava (pri pohľade z vysielača) sa kruhová polarizácia nazýva pravotočivá kruhová polarizácia (RHCP);pri otočení doľava ľavotočivá kruhová polarizácia (LHCP) (obrázok 3)
Obrázok 3: Pri kruhovej polarizácii sa vektor poľa E elektromagnetickej vlny otáča;toto otáčanie môže byť pravotočivé alebo ľavotočivé
Signál CP pozostáva z dvoch ortogonálnych vĺn, ktoré sú mimo fázy.Na vytvorenie signálu CP sú potrebné tri podmienky.Pole E musí pozostávať z dvoch ortogonálnych zložiek;tieto dve zložky musia byť fázovo posunuté o 90 stupňov a musia mať rovnakú amplitúdu.Jednoduchým spôsobom generovania CP je použitie špirálovej antény.
Eliptická polarizácia (EP) je typ CP.Elipticky polarizované vlny sú zisk produkovaný dvoma lineárne polarizovanými vlnami, ako sú CP vlny.Keď sa spoja dve navzájom kolmé lineárne polarizované vlny s nerovnakými amplitúdami, vznikne elipticky polarizovaná vlna.
Polarizačný nesúlad medzi anténami je opísaný polarizačným stratovým faktorom (PLF).Tento parameter je vyjadrený v decibeloch (dB) a je funkciou rozdielu polarizačného uhla medzi vysielacou a prijímacou anténou.Teoreticky sa PLF môže pohybovať od 0 dB (žiadna strata) pre dokonale vyrovnanú anténu až po nekonečné dB (nekonečná strata) pre dokonale ortogonálnu anténu.
V skutočnosti však zarovnanie (alebo nesprávne nastavenie) polarizácie nie je dokonalé, pretože mechanická poloha antény, správanie používateľa, skreslenie kanálov, viaccestné odrazy a iné javy môžu spôsobiť určité uhlové skreslenie prenášaného elektromagnetického poľa.Spočiatku dôjde k „úniku“ krížovej polarizácie signálu z ortogonálnej polarizácie o 10 - 30 dB alebo viac, čo môže v niektorých prípadoch stačiť na to, aby interferovalo s obnovou požadovaného signálu.
Na rozdiel od toho skutočné PLF pre dve zarovnané antény s ideálnou polarizáciou môže byť 10 dB, 20 dB alebo viac, v závislosti od okolností, a môže brániť obnove signálu.Inými slovami, neúmyselná krížová polarizácia a PLF môžu fungovať oboma spôsobmi rušením požadovaného signálu alebo znížením požadovanej sily signálu.
Prečo sa starať o polarizáciu?
Polarizácia funguje dvoma spôsobmi: čím viac sú dve antény zarovnané a majú rovnakú polarizáciu, tým lepšia je sila prijímaného signálu.Naopak, zlé polarizačné zarovnanie sťažuje prijímačom, či už zamýšľaným alebo nespokojným, zachytiť dostatok požadovaného signálu.V mnohých prípadoch „kanál“ skresľuje prenášanú polarizáciu alebo jedna alebo obe antény nie sú v pevnom statickom smere.
Voľba, ktorú polarizáciu použiť, je zvyčajne určená inštaláciou alebo atmosférickými podmienkami.Napríklad horizontálne polarizovaná anténa bude fungovať lepšie a udrží si svoju polarizáciu, keď je inštalovaná blízko stropu;naopak, vertikálne polarizovaná anténa bude fungovať lepšie a udrží si svoj polarizačný výkon, keď je inštalovaná blízko bočnej steny.
Široko používaná dipólová anténa (hladká alebo zložená) je horizontálne polarizovaná vo svojej „normálnej“ montážnej orientácii (obrázok 4) a často sa otáča o 90 stupňov, aby sa v prípade potreby nadobudla vertikálna polarizácia alebo aby podporila preferovaný režim polarizácie (obrázok 5).
Obrázok 4: Dipólová anténa je zvyčajne namontovaná horizontálne na stožiar, aby sa zabezpečila horizontálna polarizácia
Obrázok 5: Pre aplikácie vyžadujúce vertikálnu polarizáciu je možné dipólovú anténu namontovať podľa toho, kde sa anténa zachytáva
Vertikálna polarizácia sa bežne používa pre ručné mobilné rádiá, ako sú tie, ktoré používajú záchranári, pretože mnoho dizajnov vertikálne polarizovaných rádiových antén poskytuje aj všesmerový vyžarovací diagram.Preto sa takéto antény nemusia preorientovať ani pri zmene smeru rádia a antény.
3 - 30 MHz vysokofrekvenčné (HF) frekvenčné antény sú zvyčajne konštruované ako jednoduché dlhé drôty navlečené horizontálne medzi konzolami.Jeho dĺžka je určená vlnovou dĺžkou (10 - 100 m).Tento typ antény je prirodzene horizontálne polarizovaný.
Stojí za zmienku, že označovanie tohto pásma ako „vysoká frekvencia“ sa začalo pred desiatkami rokov, keď 30 MHz bola skutočne vysoká frekvencia.Hoci sa tento popis v súčasnosti javí ako zastaraný, ide o oficiálne označenie Medzinárodnej telekomunikačnej únie a stále sa bežne používa.
Preferovaná polarizácia môže byť určená dvoma spôsobmi: buď pomocou pozemných vĺn pre silnejšiu signalizáciu krátkeho dosahu vysielacím zariadením využívajúcim pásmo stredných vĺn (MW) 300 kHz - 3 MHz, alebo pomocou nebeských vĺn na väčšie vzdialenosti cez ionosférické spojenie.Všeobecne povedané, vertikálne polarizované antény majú lepšie šírenie pozemných vĺn, zatiaľ čo horizontálne polarizované antény majú lepší výkon oblohy.
Kruhová polarizácia je široko používaná pre satelity, pretože orientácia satelitu vzhľadom na pozemné stanice a iné satelity sa neustále mení.Účinnosť medzi vysielacími a prijímacími anténami je najväčšia, keď sú obe kruhovo polarizované, ale lineárne polarizované antény možno použiť s CP anténami, aj keď existuje polarizačný stratový faktor.
Pre 5G systémy je dôležitá aj polarizácia.Niektoré 5G anténne polia s viacerými vstupmi/viacnásobnými výstupmi (MIMO) dosahujú zvýšenú priepustnosť pomocou polarizácie na efektívnejšie využitie dostupného spektra.To je dosiahnuté pomocou kombinácie rôznych polarizácií signálu a priestorového multiplexovania antén (priestorová diverzita).
Systém môže prenášať dva dátové toky, pretože dátové toky sú spojené nezávislými ortogonálne polarizovanými anténami a možno ich nezávisle obnoviť.Aj keď existuje určitá krížová polarizácia v dôsledku skreslenia dráhy a kanála, odrazov, viaccestných dráh a iných nedokonalostí, prijímač využíva sofistikované algoritmy na obnovenie každého pôvodného signálu, čo má za následok nízku bitovú chybovosť (BER) a v konečnom dôsledku lepšie využitie spektra.
na záver
Polarizácia je dôležitá vlastnosť antény, ktorá sa často prehliada.Lineárna (vrátane horizontálnej a vertikálnej) polarizácia, šikmá polarizácia, kruhová polarizácia a eliptická polarizácia sa používajú pre rôzne aplikácie.Rozsah koncového vysokofrekvenčného výkonu, ktorý môže anténa dosiahnuť, závisí od jej relatívnej orientácie a zarovnania.Štandardné antény majú rôzne polarizácie a sú vhodné pre rôzne časti spektra, čím poskytujú preferovanú polarizáciu pre cieľovú aplikáciu.
Odporúčané produkty:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parametre | Typické | Jednotky |
| Frekvenčný rozsah | 20-30 | GHz |
| Získať | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. | |
| Polarizácia | Dvojaký Lineárne | |
| Kríž Pol.Izolácia | 60 Typ. | dB |
| Izolácia prístavu | 70 Typ. | dB |
| Konektor | SMA-Fsamčia | |
| Materiál | Al | |
| Dokončovanie | Maľovať | |
| Veľkosť(D*Š*V) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Hmotnosť | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Položka | Špecifikácia | Jednotka |
| Frekvenčný rozsah | 1-18 | GHz |
| Získať | 10 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Typ. | |
| Polarizácia | Lineárne | |
| Kríž Po.Izolácia | 30 Typ. | dB |
| Konektor | SMA-Žena | |
| Dokončovanie | Pnie je | |
| Materiál | Al | |
| Veľkosť(D*Š*V) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Hmotnosť | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parametre | Typické | Jednotky |
| Frekvenčný rozsah | 2-18 | GHz |
| Získať | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Typ. |
|
| Polarizácia | Dvojaký Lineárne |
|
| Kríž Pol.Izolácia | 40 | dB |
| Izolácia prístavu | 40 | dB |
| Konektor | SMA-F |
|
| Povrchová úprava | Pnie je |
|
| Veľkosť(D*Š*V) | 276*147*147(±5) | mm |
| Hmotnosť | 0,945 | kg |
| Materiál | Al |
|
| Prevádzková teplota | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parametre | Typické | Jednotky |
| Frekvenčný rozsah | 93-95 | GHz |
| Získať | 22 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. |
|
| Polarizácia | Dvojaký Lineárne |
|
| Kríž Pol.Izolácia | 60 Typ. | dB |
| Izolácia prístavu | 67 Typ. | dB |
| Konektor | WR10 |
|
| Materiál | Cu |
|
| Dokončovanie | Zlatý |
|
| Veľkosť(D*Š*V) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Hmotnosť | 0,015 | kg |
Čas odoslania: 11. apríla 2024
