Elektronički inženjeri znaju da antene šalju i primaju signale u obliku talasa elektromagnetne (EM) energije opisane Maxwellovim jednačinama. Kao i kod mnogih tema, ove jednačine, kao i propagacija, svojstva elektromagnetizma, mogu se proučavati na različitim nivoima, od relativno kvalitativnih termina do složenih jednačina.
Postoji mnogo aspekata širenja elektromagnetne energije, od kojih je jedan polarizacija, koja može imati različite stepene uticaja ili zabrinutosti u aplikacijama i njihovim dizajnom antena. Osnovni principi polarizacije primjenjuju se na sva elektromagnetna zračenja, uključujući RF/bežičnu, optičku energiju, i često se koriste u optičkim aplikacijama.
Šta je polarizacija antene?
Prije razumijevanja polarizacije, prvo moramo razumjeti osnovne principe elektromagnetnih valova. Ovi valovi se sastoje od električnih polja (E polja) i magnetnih polja (H polja) i kreću se u jednom smjeru. E i H polja su okomita jedno na drugo i na pravac prostiranja ravnih talasa.
Polarizacija se odnosi na ravan E polja iz perspektive odašiljača signala: za horizontalnu polarizaciju, električno polje će se kretati bočno u horizontalnoj ravni, dok će za vertikalnu polarizaciju električno polje oscilirati gore-dolje u vertikalnoj ravni.( slika 1).
Slika 1: Elektromagnetni energetski talasi sastoje se od međusobno okomitih komponenti E i H polja
Linearna polarizacija i kružna polarizacija
Načini polarizacije uključuju sljedeće:
U osnovnoj linearnoj polarizaciji, dvije moguće polarizacije su ortogonalne (upravne) jedna na drugu (slika 2). U teoriji, horizontalno polarizirana prijemna antena neće "vidjeti" signal od vertikalno polarizirane antene i obrnuto, čak i ako obje rade na istoj frekvenciji. Što su bolje poravnati, to se više signala hvata, a prijenos energije je maksimiziran kada se polarizacije podudaraju.
Slika 2: Linearna polarizacija pruža dvije opcije polarizacije pod pravim uglom jedna prema drugoj
Kosa polarizacija antene je vrsta linearne polarizacije. Kao i osnovna horizontalna i vertikalna polarizacija, ova polarizacija ima smisla samo u zemaljskom okruženju. Kosa polarizacija je pod uglom od ±45 stepeni u odnosu na horizontalnu referentnu ravan. Iako je ovo zapravo samo još jedan oblik linearne polarizacije, izraz "linearna" obično se odnosi samo na horizontalno ili vertikalno polarizirane antene.
Uprkos nekim gubicima, signali koje šalje (ili prima) dijagonalna antena su izvodljivi samo sa horizontalno ili vertikalno polarizovanim antenama. Koso polarizovane antene su korisne kada je polarizacija jedne ili obe antene nepoznata ili se menja tokom upotrebe.
Kružna polarizacija (CP) je složenija od linearne polarizacije. U ovom modu, polarizacija predstavljena vektorom polja E rotira kako se signal širi. Kada se okrene udesno (gledajući iz predajnika), kružna polarizacija se naziva desna kružna polarizacija (RHCP); kada se rotira ulijevo, lijeva kružna polarizacija (LHCP) (slika 3)
Slika 3: U kružnoj polarizaciji, vektor E polja elektromagnetnog talasa rotira; ova rotacija može biti desnoruka ili ljevoruka
CP signal se sastoji od dva ortogonalna talasa koja su van faze. Za generisanje CP signala potrebna su tri uslova. Polje E mora se sastojati od dvije ortogonalne komponente; dvije komponente moraju biti van faze za 90 stepeni i jednake amplitude. Jednostavan način za generiranje CP je korištenje spiralne antene.
Eliptična polarizacija (EP) je vrsta CP. Eliptično polarizovani talasi su pojačanje koje proizvode dva linearno polarizovana talasa, poput CP talasa. Kada se kombinuju dva međusobno okomita linearno polarizovana talasa nejednakih amplituda, nastaje eliptički polarizovan talas.
Neusklađenost polarizacije između antena je opisana faktorom gubitka polarizacije (PLF). Ovaj parametar je izražen u decibelima (dB) i funkcija je razlike u kutu polarizacije između predajne i prijemne antene. Teoretski, PLF može biti u rasponu od 0 dB (bez gubitka) za savršeno poravnatu antenu do beskonačnog dB (beskonačni gubitak) za savršeno ortogonalnu antenu.
U stvarnosti, međutim, poravnanje (ili neusklađenost) polarizacije nije savršeno jer mehanički položaj antene, ponašanje korisnika, izobličenje kanala, višestazne refleksije i drugi fenomeni mogu uzrokovati određeno ugaono izobličenje prenošenog elektromagnetnog polja. U početku će doći do 10 - 30 dB ili više "curenja" unakrsne polarizacije signala iz ortogonalne polarizacije, što u nekim slučajevima može biti dovoljno da ometa oporavak željenog signala.
Nasuprot tome, stvarni PLF za dvije poređane antene sa idealnom polarizacijom može biti 10 dB, 20 dB ili više, ovisno o okolnostima, i može ometati oporavak signala. Drugim riječima, nenamjerna unakrsna polarizacija i PLF mogu raditi u oba smjera ometajući željeni signal ili smanjujući željenu snagu signala.
Zašto briga o polarizaciji?
Polarizacija djeluje na dva načina: što su dvije antene usklađenije i imaju istu polarizaciju, to je jačina primljenog signala bolja. Suprotno tome, loše poravnanje polarizacije otežava prijemnicima, bilo namjernim ili nezadovoljnim, da uhvate dovoljno signala od interesa. U mnogim slučajevima, "kanal" iskrivljuje polarizaciju koja se prenosi, ili jedna ili obje antene nisu u fiksnom statičkom smjeru.
Izbor polarizacije koji će se koristiti obično je određen instalacijom ili atmosferskim uvjetima. Na primjer, horizontalno polarizirana antena će raditi bolje i održavati svoju polarizaciju kada je postavljena blizu stropa; nasuprot tome, vertikalno polarizovana antena će raditi bolje i zadržati performanse polarizacije kada je postavljena blizu bočnog zida.
Široko korištena dipolna antena (obična ili presavijena) je horizontalno polarizirana u svojoj "normalnoj" orijentaciji postavljanja (slika 4) i često se rotira za 90 stupnjeva kako bi po potrebi preuzela vertikalnu polarizaciju ili da bi podržala preferirani način polarizacije (slika 5).
Slika 4: Dipolna antena se obično postavlja horizontalno na svoj jarbol kako bi se osigurala horizontalna polarizacija
Slika 5: Za aplikacije koje zahtijevaju vertikalnu polarizaciju, dipolna antena se može montirati u skladu s tim gdje antena hvata
Vertikalna polarizacija se obično koristi za ručne mobilne radio-uređaje, kao što su oni koje koriste hitne službe, jer mnogi dizajni vertikalno polariziranih radio antena također pružaju omnidirekcioni uzorak zračenja. Stoga se takve antene ne moraju preusmjeravati čak i ako se promijeni smjer radija i antene.
Antene visoke frekvencije od 3 - 30 MHz (HF) su obično konstruirane kao jednostavne dugačke žice nanizane vodoravno između zagrada. Njegova dužina je određena talasnom dužinom (10 - 100 m). Ova vrsta antene je prirodno horizontalno polarizovana.
Vrijedi napomenuti da je nazivanje ovog opsega "visokom frekvencijom" počelo prije nekoliko decenija, kada je 30 MHz zaista bila visoka frekvencija. Iako se čini da je ovaj opis zastario, to je službena oznaka Međunarodne unije za telekomunikacije i još uvijek se široko koristi.
Poželjna polarizacija se može odrediti na dva načina: ili korištenjem zemaljskih valova za jaču signalizaciju kratkog dometa putem opreme za emitovanje koja koristi opseg srednjih valova (MW) od 300 kHz - 3 MHz, ili korištenjem nebeskih valova za veće udaljenosti preko veze jonosfere. Uopšteno govoreći, vertikalno polarizovane antene imaju bolje širenje zemaljskih talasa, dok horizontalno polarizovane antene imaju bolje performanse nebeskih talasa.
Kružna polarizacija se široko koristi za satelite jer se orijentacija satelita u odnosu na zemaljske stanice i druge satelite stalno mijenja. Efikasnost između odašiljačke i prijemne antene je najveća kada su obje kružno polarizirane, ali se linearno polarizirane antene mogu koristiti sa CP antenama, iako postoji faktor gubitka polarizacije.
Polarizacija je takođe važna za 5G sisteme. Neki 5G antenski nizovi s više ulaza/više izlaza (MIMO) postižu povećanu propusnost korištenjem polarizacije za efikasnije korištenje dostupnog spektra. Ovo se postiže kombinacijom različitih polarizacija signala i prostornog multipleksiranja antena (prostorna diverziteta).
Sistem može prenositi dva toka podataka jer su tokovi podataka povezani nezavisnim ortogonalno polarizovanim antenama i mogu se nezavisno povratiti. Čak i ako postoji neka unakrsna polarizacija zbog izobličenja putanje i kanala, refleksija, višestrukih puteva i drugih nesavršenosti, prijemnik koristi sofisticirane algoritme za oporavak svakog originalnog signala, što rezultira niskim stopama greške u bitu (BER) i na kraju poboljšanim korištenjem spektra.
u zaključku
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. Opseg RF performansi od kraja do kraja koje antena može postići zavisi od njene relativne orijentacije i poravnanja. Standardne antene imaju različite polarizacije i pogodne su za različite dijelove spektra, pružajući preferiranu polarizaciju za ciljnu primjenu.
Preporučeni proizvodi:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parameters | Tipično | Jedinice |
| Frekvencijski opseg | 20-30 | GHz |
| Dobitak | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tip. | |
| Polarizacija | Dual Linearno | |
| Cross Pol. Izolacija | 60 Tip. | dB |
| Port Isolation | 70 Tip. | dB |
| Konektor | SMA-Female | |
| Materijal | Al | |
| Finishing | Paint | |
| Veličina(D*Š*V) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Težina | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Stavka | Specifikacija | Jedinica |
| Frekvencijski opseg | 1-18 | GHz |
| Dobitak | 10 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tip. | |
| Polarizacija | Linearno | |
| Cross Po. Izolacija | 30 Tip. | dB |
| Konektor | SMA-ženski | |
| Finishing | Paint | |
| Materijal | Al | |
| Veličina(D*Š*V) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Težina | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parameters | Tipično | Jedinice |
| Frekvencijski opseg | 2-18 | GHz |
| Dobitak | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tip. |
|
| Polarizacija | Dual Linearno |
|
| Cross Pol. Izolacija | 40 | dB |
| Port Isolation | 40 | dB |
| Konektor | SMA-F |
|
| Obrada površine | Paint |
|
| Veličina(D*Š*V) | 276*147*147(±5) | mm |
| Težina | 0,945 | kg |
| Materijal | Al |
|
| Radna temperatura | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parameters | Tipično | Jedinice |
| Frekvencijski opseg | 93-95 | GHz |
| Dobitak | 22 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tip. |
|
| Polarizacija | Dual Linearno |
|
| Cross Pol. Izolacija | 60 Tip. | dB |
| Port Isolation | 67 Tip. | dB |
| Konektor | WR10 |
|
| Materijal | Cu |
|
| Finishing | Zlatni |
|
| Veličina(D*Š*V) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Težina | 0,015 | kg |
Vrijeme objave: Apr-11-2024
