Elektronski inženjeri znaju da antene šalju i primaju signale u obliku talasa elektromagnetne (EM) energije opisanih Maxwellovim jednačinama. Kao i kod mnogih tema, ove jednačine, kao i propagacija i svojstva elektromagnetizma, mogu se proučavati na različitim nivoima, od relativno kvalitativnih termina do složenih jednačina.
Postoji mnogo aspekata širenja elektromagnetne energije, a jedan od njih je polarizacija, koja može imati različit stepen uticaja ili zabrinutosti u primjenama i dizajnu njihovih antena. Osnovni principi polarizacije primjenjuju se na sva elektromagnetna zračenja, uključujući RF/bežična, optičku energiju i često se koriste u optičkim primjenama.
Šta je polarizacija antene?
Prije nego što shvatimo polarizaciju, moramo prvo razumjeti osnovne principe elektromagnetnih talasa. Ovi talasi 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 smjer širenja ravnog talasa.
Polarizacija se odnosi na ravan električnog polja iz perspektive predajnika signala: kod horizontalne polarizacije, električno polje će se kretati bočno u horizontalnoj ravni, dok će kod vertikalne polarizacije električno polje oscilirati gore-dolje u vertikalnoj ravni (slika 1).
Slika 1: Elektromagnetski energetski valovi sastoje se od međusobno okomitih E i H komponenti polja
Linearna polarizacija i kružna polarizacija
Polarizacijski modovi uključuju sljedeće:
U osnovnoj linearnoj polarizaciji, dvije moguće polarizacije su ortogonalne (okomite) jedna na drugu (Slika 2). Teoretski, horizontalno polarizirana prijemna antena neće "vidjeti" signal vertikalno polarizirane antene i obrnuto, čak i ako obje rade na istoj frekvenciji. Što su bolje poravnate, to se više signala hvata, a prijenos energije je maksimalan kada se polarizacije poklapaju.
Slika 2: Linearna polarizacija pruža dvije opcije polarizacije pod pravim uglom jedna u odnosu na drugu
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, termin "linearni" se obično odnosi samo na horizontalno ili vertikalno polarizovane antene.
Uprkos nekim gubicima, signali koje šalje (ili prima) dijagonalna antena su mogući samo sa horizontalno ili vertikalno polarizovanim antenama. Koso polarizovane antene su korisne kada je polarizacija jedne ili obje antene nepoznata ili se mijenja tokom upotrebe.
Kružna polarizacija (CP) je složenija od linearne polarizacije. U ovom načinu rada, polarizacija predstavljena vektorom E polja rotira kako se signal širi. Kada se rotira udesno (gledajući iz predajnika), kružna polarizacija se naziva desnoruka kružna polarizacija (RHCP); kada se rotira ulijevo, lijevoruka kružna polarizacija (LHCP) (Slika 3)
Slika 3: Kod kružne polarizacije, vektor E polja elektromagnetnog vala rotira; ova rotacija može biti udesno ili ulijevo
CP signal se sastoji od dva ortogonalna talasa koji su van faze. Za generisanje CP signala potrebna su tri uslova. E polje mora se sastojati od dvije ortogonalne komponente; dvije komponente moraju biti van faze pod uglom od 90 stepeni i jednake amplitude. Jednostavan način za generisanje CP-a 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 dva međusobno okomita linearno polarizovana talasa sa nejednakim amplitudama kombinuju, nastaje eliptično polarizovani talas.
Neusklađenost polarizacije između antena opisuje se faktorom gubitka polarizacije (PLF). Ovaj parametar se izražava u decibelima (dB) i funkcija je razlike u uglu polarizacije između predajne i prijemne antene. Teoretski, PLF može varirati od 0 dB (bez gubitka) za savršeno poravnatu antenu do beskonačnog dB (beskonačni gubitak) za savršeno ortogonalnu antenu.
Međutim, u stvarnosti, poravnanje (ili neusklađenost) polarizacije nije savršeno jer mehanički položaj antene, ponašanje korisnika, izobličenje kanala, višestruke refleksije i druge pojave mogu uzrokovati određeno ugaono izobličenje prenesenog elektromagnetnog polja. U početku će doći do "curenja" signala unakrsne polarizacije od 10 - 30 dB ili više iz ortogonalne polarizacije, što u nekim slučajevima može biti dovoljno da ometa oporavak željenog signala.
Nasuprot tome, stvarni PLF za dvije poravnate antene s 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 djelovati u oba smjera, ometajući željeni signal ili smanjujući željenu jačinu signala.
Zašto bi nas zanimala polarizacija?
Polarizacija funkcioniše na dva načina: što su dvije antene više poravnate i imaju istu polarizaciju, to je jačina primljenog signala bolja. Suprotno tome, loše poravnanje polarizacije otežava prijemnicima, bilo namjeravanim ili nezadovoljnim, da uhvate dovoljno signala od interesa. U mnogim slučajevima, "kanal" iskrivljuje prenesenu polarizaciju ili jedna ili obje antene nisu u fiksnom statičkom smjeru.
Izbor polarizacije obično određuje instalacija ili atmosferski uslovi. Na primjer, horizontalno polarizovana antena će bolje raditi i održavati svoju polarizaciju kada je instalirana blizu plafona; obrnuto, vertikalno polarizovana antena će bolje raditi i održavati svoje performanse polarizacije kada je instalirana blizu bočnog zida.
Široko korištena dipolna antena (obična ili presavijena) je horizontalno polarizirana u svojoj "normalnoj" orijentaciji montaže (Slika 4) i često se rotira za 90 stepeni kako bi se po potrebi postigla vertikalna polarizacija ili kako bi se podržao preferirani način polarizacije (Slika 5).
Slika 4: Dipolna antena se obično montira horizontalno na jarbol kako bi se obezbijedila horizontalna polarizacija.
Slika 5: Za primjene koje zahtijevaju vertikalnu polarizaciju, dipolna antena se može montirati na odgovarajući način gdje antena hvata
Vertikalna polarizacija se obično koristi za ručne mobilne radio uređaje, poput onih koje koriste hitne službe, jer mnogi vertikalno polarizirani dizajni radio antena također pružaju višesmjerni dijagram zračenja. Stoga se takve antene ne moraju preusmjeravati čak i ako se smjer radija i antene promijeni.
Visokofrekventne (HF) antene od 3 - 30 MHz obično su konstruirane kao jednostavne duge žice horizontalno nanizane između nosača. Njihova dužina je određena talasnom dužinom (10 - 100 m). Ovaj tip antene je prirodno horizontalno polarizovan.
Vrijedi napomenuti da je nazivanje ovog opsega "visokom frekvencijom" počelo prije nekoliko decenija, kada je 30 MHz zaista bila visoka frekvencija. Iako se ovaj opis sada čini zastarjelim, to je službena oznaka Međunarodne telekomunikacijske unije i još uvijek se široko koristi.
Preferirana polarizacija može se odrediti na dva načina: ili korištenjem prizemnih valova za jaču signalizaciju kratkog dometa putem radiodifuzne opreme koja koristi srednjetalasni (MW) opseg od 300 kHz - 3 MHz, ili korištenjem nebeskih valova za veće udaljenosti kroz jonosfersku vezu. Općenito govoreći, vertikalno polarizirane antene imaju bolje širenje prizemnih valova, dok horizontalno polarizirane antene imaju bolje performanse nebeskih valova.
Kružna polarizacija se široko koristi za satelite jer se orijentacija satelita u odnosu na zemaljske stanice i druge satelite stalno mijenja. Efikasnost između predajne i prijemne antene je najveća kada su obje kružno polarizirane, ali linearno polarizirane antene se mogu koristiti s CP antenama, iako postoji faktor gubitka polarizacije.
Polarizacija je također važna za 5G sisteme. Neki 5G antenski nizovi s višestrukim ulazima/višestrukim izlazima (MIMO) postižu povećani protok korištenjem polarizacije kako bi efikasnije iskoristili dostupan spektar. To se postiže kombinacijom različitih polarizacija signala i prostornog multipleksiranja antena (prostorna raznolikost).
Sistem može prenositi dva toka podataka jer su tokovi podataka povezani nezavisnim ortogonalno polariziranim antenama i mogu se nezavisno oporaviti. Čak i ako postoji određena unakrsna polarizacija zbog izobličenja putanje i kanala, refleksija, višestrukog širenja signala i drugih nesavršenosti, prijemnik koristi sofisticirane algoritme za oporavak svakog originalnog signala, što rezultira niskom stopom grešaka u bitu (BER) i u konačnici poboljšanim korištenjem spektra.
zaključno
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. Raspon 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 | ||
| Parametri | Tipično | Jedinice |
| Frekvencijski raspon | 20-30 | GHz |
| Dobitak | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipično | |
| Polarizacija | Dvostruko Linearno | |
| Međupolarna izolacija | 60 Tip. | dB |
| Izolacija porta | 70 Tip. | dB |
| Konektor | SMA-Fe-mail | |
| Materijal | Al | |
| Završna obrada | Boja | |
| Veličina(D*Š*V) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Težina | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Stavka | Specifikacija | Jedinica |
| Frekvencijski raspon | 1-18 | GHz |
| Dobitak | 10 Tip. | dBi |
| VSWR | 1,5 Tipično | |
| Polarizacija | Linearno | |
| Izolacija preko Po | 30 Tip. | dB |
| Konektor | SMA-žena | |
| Završna obrada | Pnije | |
| Materijal | Al | |
| Veličina(D*Š*V) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Težina | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parametri | Tipično | Jedinice |
| Frekvencijski raspon | 2-18 | GHz |
| Dobitak | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1,5 Tipično |
|
| Polarizacija | Dvostruko Linearno |
|
| Međupolarna izolacija | 40 | dB |
| Izolacija porta | 40 | dB |
| Konektor | SMA-F |
|
| Površinska obrada | Pnije |
|
| Veličina(D*Š*V) | 276*147*147(±5) | mm |
| Težina | 0,945 | kg |
| Materijal | Al |
|
| Radna temperatura | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parametri | Tipično | Jedinice |
| Frekvencijski raspon | 93-95 | GHz |
| Dobitak | 22 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipično |
|
| Polarizacija | Dvostruko Linearno |
|
| Međupolarna izolacija | 60 Tip. | dB |
| Izolacija porta | 67 Tip. | dB |
| Konektor | WR10 |
|
| Materijal | Cu |
|
| Završna obrada | Zlatni |
|
| Veličina(D*Š*V) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Težina | 0,015 | kg |
Vrijeme objave: 11. april 2024.
