Elektronikos inžinieriai žino, kad antenos siunčia ir priima signalus elektromagnetinės (EM) energijos bangų pavidalu, aprašytų Maksvelo lygtimis. Kaip ir daugelį temų, šias lygtis ir elektromagnetizmo sklidimo savybes galima tirti įvairiais lygmenimis – nuo santykinai kokybinių terminų iki sudėtingų lygčių.
Elektromagnetinės energijos sklidimas apima daug aspektų, vienas iš jų yra poliarizacija, kuri gali turėti skirtingą poveikį ar susirūpinimą įvairiose srityse ir jų antenų konstrukcijose. Pagrindiniai poliarizacijos principai taikomi visai elektromagnetinei spinduliuotei, įskaitant radijo dažnių / belaidę optinę energiją, ir dažnai naudojami optinėse srityse.
Kas yra antenos poliarizacija?
Prieš suprasdami poliarizaciją, pirmiausia turime suprasti pagrindinius elektromagnetinių bangų principus. Šios bangos sudarytos iš elektrinių (E laukų) ir magnetinių (H laukų) laukų ir juda viena kryptimi. E ir H laukai yra statmeni vienas kitam ir plokštumos bangos sklidimo krypčiai.
Poliarizacija reiškia E lauko plokštumą iš signalo siųstuvo perspektyvos: esant horizontaliai poliarizacijai, elektrinis laukas judės į šoną horizontalioje plokštumoje, o esant vertikaliai poliarizacijai, elektrinis laukas svyruos aukštyn ir žemyn vertikalioje plokštumoje (1 pav.).
1 pav.: Elektromagnetinės energijos bangos susideda iš viena kitai statmenų E ir H lauko komponentų
Linijinė poliarizacija ir apskritoji poliarizacija
Poliarizacijos režimai apima šiuos:
Esant pagrindinei tiesinei poliarizacijai, dvi galimos poliarizacijos yra viena kitai ortogonalios (statmenos) (2 pav.). Teoriškai horizontaliai poliarizuota priėmimo antena „nematys“ signalo iš vertikaliai poliarizuotos antenos ir atvirkščiai, net jei abi veikia tuo pačiu dažniu. Kuo geriau jos suderintos, tuo daugiau signalo sugaunama, o energijos perdavimas maksimalus, kai poliarizacijos sutampa.
2 pav.: Linijinė poliarizacija suteikia dvi poliarizacijos parinktis, esančias stačiu kampu viena kitos atžvilgiu
Įstrižinė antenos poliarizacija yra linijinės poliarizacijos tipas. Kaip ir pagrindinė horizontali bei vertikali poliarizacija, ši poliarizacija prasminga tik antžeminėje aplinkoje. Įstrižinė poliarizacija yra ±45 laipsnių kampu horizontalios atskaitos plokštumos atžvilgiu. Nors tai iš tikrųjų yra tik kita linijinės poliarizacijos forma, terminas „linijinė“ paprastai reiškia tik horizontaliai arba vertikaliai poliarizuotoms antenoms.
Nepaisant tam tikrų nuostolių, įstrižos antenos siunčiami (arba priimami) signalai yra įmanomi tik su horizontaliai arba vertikaliai poliarizuotomis antenomis. Įstrižai poliarizuotos antenos yra naudingos, kai vienos ar abiejų antenų poliarizacija nežinoma arba keičiasi naudojimo metu.
Apskritiminė poliarizacija (CP) yra sudėtingesnė nei tiesinė poliarizacija. Šiuo režimu poliarizacija, kurią vaizduoja lauko vektorius E, sukasi signalui sklindant. Kai ji pasukama į dešinę (žiūrint iš siųstuvo), apskritiminė poliarizacija vadinama dešiniaranke apskritimine poliarizacija (RHCP); kai pasukama į kairę – kairiaranke apskritimine poliarizacija (LHCP) (3 pav.).
3 pav.: Apskritiminėje poliarizacijoje elektromagnetinės bangos E lauko vektorius sukasi; šis sukimasis gali būti dešininis arba kairinis.
CP signalą sudaro dvi ortogonalios bangos, kurios nėra fazėje. CP signalui generuoti reikalingos trys sąlygos. E laukas turi būti sudarytas iš dviejų ortogonalių dedamųjų; abi dedamosios turi būti 90 laipsnių fazės nesutapimo kampu ir vienodos amplitudės. Paprastas būdas generuoti CP yra naudoti sraigtinę anteną.
Elipsinė poliarizacija (EP) yra CP rūšis. Elipsiškai poliarizuotos bangos yra dviejų tiesiškai poliarizuotų bangų, tokių kaip CP bangos, sukuriamas stiprinimas. Kai sujungiamos dvi viena kitai statmenos tiesiškai poliarizuotos bangos su nevienoda amplitude, susidaro elipsiškai poliarizuota banga.
Antenų poliarizacijos neatitikimą apibūdina poliarizacijos nuostolių koeficientas (PLF). Šis parametras išreiškiamas decibelais (dB) ir yra poliarizacijos kampo skirtumo tarp siuntimo ir priėmimo antenų funkcija. Teoriškai PLF gali svyruoti nuo 0 dB (be nuostolių) idealiai suderintai antenai iki begalinio dB (begalinio praradimo) idealiai ortogonaliai antenai.
Tačiau iš tikrųjų poliarizacijos išlygiavimas (arba nesutapimas) nėra idealus, nes mechaninė antenos padėtis, naudotojo elgesys, kanalo iškraipymas, daugiakanaliai atspindžiai ir kiti reiškiniai gali sukelti tam tikrą perduodamo elektromagnetinio lauko kampinį iškraipymą. Iš pradžių bus 10–30 dB ar daugiau signalo kryžminės poliarizacijos „nutekėjimo“ iš ortogonalios poliarizacijos, o kai kuriais atvejais to gali pakakti, kad sutrikdytų norimo signalo atkūrimą.
Priešingai, faktinis dviejų idealiai suderintų antenų PLF gali būti 10 dB, 20 dB ar didesnis, priklausomai nuo aplinkybių, ir gali trukdyti atkurti signalą. Kitaip tariant, netyčinė kryžminė poliarizacija ir PLF gali veikti abiem kryptimis, trukdydami norimam signalui arba sumažindami norimą signalo stiprumą.
Kodėl rūpintis poliarizacija?
Poliarizacija veikia dviem būdais: kuo labiau suderintos dvi antenos ir kuo jų poliarizacija yra tokia pati, tuo stipresnis gaunamas signalas. Ir atvirkščiai, dėl netinkamo poliarizacijos suderinimo imtuvams, tiek numatytiems, tiek nepatenkintiems, sunkiau užfiksuoti pakankamai dominančio signalo. Daugeliu atvejų „kanalas“ iškreipia perduodamą poliarizaciją arba viena ar abi antenos nėra nukreiptos fiksuota statine kryptimi.
Poliarizacijos pasirinkimas paprastai priklauso nuo montavimo arba atmosferos sąlygų. Pavyzdžiui, horizontaliai poliarizuota antena veiks geriau ir išlaikys savo poliarizaciją, kai bus sumontuota prie lubų; atvirkščiai, vertikaliai poliarizuota antena veiks geriau ir išlaikys savo poliarizacijos charakteristikas, kai bus sumontuota prie šoninės sienos.
Plačiai naudojama dipolinė antena (paprasta arba sulankstyta) yra horizontaliai poliarizuota „įprastoje“ montavimo padėtyje (4 pav.) ir dažnai pasukama 90 laipsnių kampu, kad prireikus būtų galima pasiekti vertikalią poliarizaciją arba palaikyti pageidaujamą poliarizacijos režimą (5 pav.).
4 pav.: Dipolinė antena paprastai montuojama horizontaliai ant stiebo, kad būtų užtikrinta horizontali poliarizacija.
5 pav.: Tais atvejais, kai reikalinga vertikali poliarizacija, dipolinę anteną galima montuoti atitinkamai ten, kur antena fiksuoja
Vertikali poliarizacija dažniausiai naudojama nešiojamuosiuose mobiliuosiuose radijo imtuvuose, pavyzdžiui, tuose, kuriuos naudoja pirmosios pagalbos tarnybos, nes daugelis vertikaliai poliarizuotų radijo antenų konstrukcijų taip pat užtikrina visakryptį spinduliuotės modelį. Todėl tokių antenų nereikia perorientuoti, net jei pasikeičia radijo imtuvo ir antenos kryptis.
3–30 MHz aukšto dažnio (HF) antenos paprastai sukonstruotos kaip paprasti ilgi laidai, horizontaliai suverti tarp laikiklių. Jų ilgis nustatomas pagal bangos ilgį (10–100 m). Šio tipo antena yra natūraliai horizontaliai poliarizuota.
Verta paminėti, kad ši juosta pradėta vadinti „aukšto dažnio“ diapazonu prieš kelis dešimtmečius, kai 30 MHz iš tiesų buvo aukšto dažnio diapazonas. Nors šis apibūdinimas dabar atrodo pasenęs, tai yra oficialus Tarptautinės telekomunikacijų sąjungos pavadinimas ir vis dar plačiai naudojamas.
Pageidaujamą poliarizaciją galima nustatyti dviem būdais: arba naudojant žemės bangas stipresniam trumpojo nuotolio signalui, kurį perduoda transliavimo įranga, naudojanti 300 kHz–3 MHz vidutinių bangų (MW) juostą, arba naudojant dangaus bangas ilgesniems atstumams per jonosferos ryšį. Apskritai vertikaliai poliarizuotos antenos geriau sklinda žemės bangos, o horizontaliai poliarizuotos antenos – geriau.
Žiedinė poliarizacija plačiai naudojama palydovams, nes palydovo orientacija antžeminių stočių ir kitų palydovų atžvilgiu nuolat kinta. Siuntimo ir priėmimo antenų efektyvumas yra didžiausias, kai abi yra apskritimiškai poliarizuotos, tačiau su CP antenomis galima naudoti tiesiškai poliarizuotas antenas, nors ir yra poliarizacijos nuostolių koeficientas.
5G sistemoms taip pat svarbi poliarizacija. Kai kurie 5G kelių įėjimų / kelių išėjimų (MIMO) antenų masyvai pasiekia didesnį pralaidumą naudodami poliarizaciją, kad efektyviau panaudotų turimą spektrą. Tai pasiekiama derinant skirtingas signalo poliarizacijas ir erdvinį antenų multipleksavimą (erdvinė įvairovė).
Sistema gali perduoti du duomenų srautus, nes duomenų srautai yra sujungti nepriklausomomis ortogonaliai poliarizuotomis antenomis ir gali būti atkurti nepriklausomai. Net jei dėl kelio ir kanalo iškraipymų, atspindžių, kelių kelių ir kitų netobulumų egzistuoja tam tikra kryžminė poliarizacija, imtuvas naudoja sudėtingus algoritmus kiekvienam originaliam signalui atkurti, todėl sumažėja bitų klaidų dažnis (BER) ir galiausiai pagerėja spektro panaudojimas.
apibendrinant
Poliarizacija yra svarbi antenos savybė, į kurią dažnai nekreipiama dėmesio. Įvairiose srityse naudojama tiesinė (įskaitant horizontalią ir vertikalią) poliarizacija, įstrižinė poliarizacija, apskritoji poliarizacija ir elipsinė poliarizacija. Antenos pasiekiamas RF veikimo diapazonas priklauso nuo jos santykinės orientacijos ir išlygiavimo. Standartinės antenos turi skirtingas poliarizacijas ir tinka skirtingoms spektro dalims, užtikrindamos pageidaujamą poliarizaciją konkrečiam taikymui.
Rekomenduojami produktai:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parametrai | Tipinis | Vienetai |
| Dažnių diapazonas | 20–30 | GHz |
| Pelnas | 15 Įprastas. | dBi |
| VSWR | 1.3 Įprastas. | |
| Poliarizacija | Dvigubas Linijinis | |
| Kryžminė poliarizacijos izoliacija | 60 Įprasta. | dB |
| Uosto izoliacija | 70 Įprasta. | dB |
| Jungtis | SMA-Femalė | |
| Medžiaga | Al | |
| Apdaila | Dažai | |
| Dydis(I * P * A) | 83,9 * 39,6 * 69,4 (±5) | mm |
| Svoris | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Prekė | Specifikacija | Vienetas |
| Dažnių diapazonas | 1–18 | GHz |
| Pelnas | 10 tip. | dBi |
| VSWR | 1,5 tip. | |
| Poliarizacija | Linijinis | |
| Kryžminė poliarizacijos izoliacija | 30 Įprasta. | dB |
| Jungtis | SMA-Moteris | |
| Apdaila | Pšventas | |
| Medžiaga | Al | |
| Dydis(I * P * A) | 182,4 * 185,1 * 116,6 (±5) | mm |
| Svoris | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parametrai | Tipinis | Vienetai |
| Dažnių diapazonas | 2-18 | GHz |
| Pelnas | 15 Įprastas. | dBi |
| VSWR | 1,5 tip. |
|
| Poliarizacija | Dvigubas Linijinis |
|
| Kryžminė poliarizacijos izoliacija | 40 | dB |
| Uosto izoliacija | 40 | dB |
| Jungtis | SMA-F |
|
| Paviršiaus apdorojimas | Pšventas |
|
| Dydis(I * P * A) | 276*147*147(±5) | mm |
| Svoris | 0,945 | kg |
| Medžiaga | Al |
|
| Darbinė temperatūra | -40–+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parametrai | Tipinis | Vienetai |
| Dažnių diapazonas | 93–95 | GHz |
| Pelnas | 22 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Įprastas. |
|
| Poliarizacija | Dvigubas Linijinis |
|
| Kryžminė poliarizacijos izoliacija | 60 Įprasta. | dB |
| Uosto izoliacija | 67 Tip. | dB |
| Jungtis | WR10 |
|
| Medžiaga | Cu |
|
| Apdaila | Auksinis |
|
| Dydis(I * P * A) | 69,3 * 19,1 * 21,2 (±5) | mm |
| Svoris | 0,015 | kg |
Įrašo laikas: 2024 m. balandžio 11 d.
