Електронските инженери знаат дека антените испраќаат и примаат сигнали во форма на бранови на електромагнетна (ЕМ) енергија опишани со Максвеловите равенки. Како и со многу теми, овие равенки, како и својствата на ширењето на електромагнетизмот, можат да се изучуваат на различни нивоа, од релативно квалитативни термини до сложени равенки.
Постојат многу аспекти на ширењето на електромагнетната енергија, од кои еден е поларизацијата, која може да има различен степен на влијание или загриженост во апликациите и нивните дизајни на антени. Основните принципи на поларизација се однесуваат на сите електромагнетни зрачења, вклучувајќи ја RF/безжичната, оптичка енергија и често се користат во оптичките апликации.
Што е поларизација на антената?
Пред да ја разбереме поларизацијата, прво мора да ги разбереме основните принципи на електромагнетните бранови. Овие бранови се составени од електрични полиња (E полиња) и магнетни полиња (H полиња) и се движат во една насока. E и H полињата се нормални едно на друго и на насоката на ширење на рамнинскиот бран.
Поларизацијата се однесува на рамнината на Е-полето од перспектива на предавателот на сигналот: за хоризонтална поларизација, електричното поле ќе се движи странично во хоризонталната рамнина, додека за вертикална поларизација, електричното поле ќе осцилира нагоре и надолу во вертикалната рамнина (слика 1).
Слика 1: Електромагнетните енергетски бранови се состојат од меѓусебно нормални компоненти на E и H полето
Линеарна поларизација и кружна поларизација
Режимите на поларизација вклучуваат следново:
Во основната линеарна поларизација, двете можни поларизации се ортогонални (нормални) една на друга (Слика 2). Теоретски, хоризонтално поларизирана приемна антена нема да „види“ сигнал од вертикално поларизирана антена и обратно, дури и ако обете работат на иста фреквенција. Колку подобро се порамнети, толку повеќе сигнал се фаќа, а преносот на енергија е максимизиран кога поларизациите се совпаѓаат.
Слика 2: Линеарната поларизација обезбедува две опции за поларизација под прав агол една во однос на друга
Косината поларизација на антената е еден вид линеарна поларизација. Како и основната хоризонтална и вертикална поларизација, оваа поларизација има смисла само во копнена средина. Косиот поларизација е под агол од ±45 степени во однос на хоризонталната референтна рамнина. Иако ова е всушност само уште една форма на линеарна поларизација, терминот „линеарен“ обично се однесува само на хоризонтално или вертикално поларизирани антени.
И покрај некои загуби, сигналите испратени (или примени) преку дијагонална антена се изводливи само со хоризонтално или вертикално поларизирани антени. Косо поларизираните антени се корисни кога поларизацијата на едната или обете антени е непозната или се менува за време на употребата.
Кружната поларизација (CP) е посложена од линеарната поларизација. Во овој режим, поларизацијата претставена со векторот на полето E ротира како што се шири сигналот. Кога се ротира надесно (гледајќи од предавателот), кружната поларизација се нарекува деснорака кружна поларизација (RHCP); кога се ротира налево, леворака кружна поларизација (LHCP) (Слика 3)
Слика 3: При кружна поларизација, векторот на полето E на електромагнетниот бран ротира; оваа ротација може да биде десно или лево
CP сигналот се состои од два ортогонални бранови кои се надвор од фаза. Потребни се три услови за да се генерира CP сигнал. E полето мора да се состои од две ортогонални компоненти; двете компоненти мора да бидат 90 степени надвор од фаза и еднакви по амплитуда. Едноставен начин за генерирање CP е да се користи спирална антена.
Елиптичната поларизација (EP) е вид на CP. Елиптички поларизираните бранови се засилување произведено од два линеарно поларизирани бранови, како CP брановите. Кога се комбинираат два меѓусебно нормални линеарно поларизирани бранови со нееднакви амплитуди, се создава елиптичен поларизиран бран.
Несовпаѓањето на поларизацијата помеѓу антените е опишано со факторот на загуба на поларизација (PLF). Овој параметар се изразува во децибели (dB) и е функција на разликата во аголот на поларизација помеѓу предавателската и приемната антена. Теоретски, PLF може да се движи од 0 dB (без загуба) за совршено порамнета антена до бесконечен dB (бесконечен загуба) за совршено ортогонална антена.
Меѓутоа, во реалноста, усогласувањето (или неусогласеноста) на поларизацијата не е совршено бидејќи механичката положба на антената, однесувањето на корисникот, дисторзијата на каналот, повеќекратните рефлексии и други феномени можат да предизвикаат одредена аголна дисторзија на пренесеното електромагнетно поле. Првично, ќе има 10 - 30 dB или повеќе „истекување“ на вкрстената поларизација на сигналот од ортогоналната поларизација, што во некои случаи може да биде доволно за да се меша во обновувањето на посакуваниот сигнал.
Спротивно на тоа, вистинскиот PLF за две порамнети антени со идеална поларизација може да биде 10 dB, 20 dB или поголем, во зависност од околностите, и може да го попречи обновувањето на сигналот. Со други зборови, ненамерната вкрстена поларизација и PLF можат да работат во двата правци со тоа што ќе се мешаат во посакуваниот сигнал или ќе ја намалат посакуваната јачина на сигналот.
Зошто да се грижиме за поларизацијата?
Поларизацијата функционира на два начина: колку повеќе се порамнети двете антени и имаат иста поларизација, толку е поголема јачината на примениот сигнал. Обратно, лошото порамнување на поларизацијата им отежнува на приемниците, намерно или незадоволно, да фатат доволно од сигналот од интерес. Во многу случаи, „каналот“ ја искривува пренесената поларизација, или едната или обете антени не се во фиксна статичка насока.
Изборот на тоа која поларизација да се користи обично се одредува според инсталацијата или атмосферските услови. На пример, хоризонтално поларизирана антена ќе работи подобро и ќе ја одржи својата поларизација кога е инсталирана близу до таванот; обратно, вертикално поларизирана антена ќе работи подобро и ќе ја одржи својата поларизација кога е инсталирана близу до страничен ѕид.
Широко користената диполна антена (обична или преклопена) е хоризонтално поларизирана во нејзината „нормална“ ориентација на монтирање (Слика 4) и често се ротира за 90 степени за да се претпостави вертикална поларизација кога е потребно или за да се поддржи претпочитаниот режим на поларизација (Слика 5).
Слика 4: Диполната антена обично се монтира хоризонтално на јарболот за да обезбеди хоризонтална поларизација.
Слика 5: За апликации што бараат вертикална поларизација, диполната антена може да се монтира соодветно таму каде што антената го фаќа
Вертикалната поларизација најчесто се користи за рачни мобилни радио уреди, како оние што ги користат службите за прва помош, бидејќи многу дизајни на вертикално поларизирани радио антени исто така обезбедуваат сенасочен модел на зрачење. Затоа, ваквите антени не мора да се преориентираат дури и ако насоката на радиото и антената се промени.
Антените со висока фреквенција (HF) од 3 до 30 MHz обично се конструираат како едноставни долги жици нанижани хоризонтално помеѓу држачи. Нивната должина се одредува според брановата должина (10 - 100 m). Овој тип на антена е природно хоризонтално поларизирана.
Вреди да се напомене дека нарекувањето на овој опсег како „висока фреквенција“ започна пред неколку децении, кога 30 MHz навистина беше висока фреквенција. Иако овој опис сега се чини дека е застарен, тој е официјална ознака од Меѓународната телекомуникациска унија и сè уште е широко користен.
Преферираната поларизација може да се одреди на два начина: или со користење на земјени бранови за посилна сигнализација на краток дострел преку опрема за емитување користејќи го средниот бран (MW) опсег од 300 kHz - 3 MHz, или со користење на небесни бранови за подолги растојанија преку јоносферската врска. Општо земено, вертикално поларизираните антени имаат подобро ширење на земјените бранови, додека хоризонтално поларизираните антени имаат подобри перформанси на небесните бранови.
Кружната поларизација е широко користена за сателити бидејќи ориентацијата на сателитот во однос на копнените станици и другите сателити постојано се менува. Ефикасноста помеѓу предавателните и приемните антени е најголема кога обете се кружно поларизирани, но линеарно поларизираните антени можат да се користат со CP антени, иако постои фактор на губење на поларизацијата.
Поларизацијата е важна и за 5G системите. Некои 5G низи на антени со повеќе влезови/повеќе излези (MIMO) постигнуваат зголемен проток со користење на поларизација за поефикасно користење на достапниот спектар. Ова се постигнува со користење на комбинација од различни поларизации на сигнали и просторно мултиплексирање на антените (просторна разновидност).
Системот може да пренесува два потоци на податоци бидејќи потоци на податоци се поврзани со независни ортогонално поларизирани антени и можат да се обноват независно. Дури и ако постои одредена вкрстена поларизација поради дисторзија на патеката и каналот, рефлексии, повеќекратни патеки и други несовршености, приемникот користи софистицирани алгоритми за да го обнови секој оригинален сигнал, што резултира со ниски стапки на битни грешки (BER) и на крајот подобрено користење на спектарот.
како заклучок
Поларизацијата е важно својство на антената кое често се занемарува. Линеарната (вклучувајќи хоризонтална и вертикална) поларизација, косата поларизација, кружната поларизација и елиптичната поларизација се користат за различни апликации. Опсегот на RF перформанси од крај до крај што може да ги постигне една антена зависи од нејзината релативна ориентација и порамнување. Стандардните антени имаат различни поларизации и се погодни за различни делови од спектарот, обезбедувајќи ја претпочитаната поларизација за целната апликација.
Препорачани производи:
| RM-ДПХА2030-15 | ||
| Параметри | Типично | Единици |
| Фреквентен опсег | 20-30 | GHz |
| Добивање | 15 Тип. | dBi |
| VSWR | 1.3 Тип. | |
| Поларизација | Двојно Линеарен | |
| Крос-полска изолација | 60 Тип. | dB |
| Изолација на портата | 70 Тип. | dB |
| Конектор | СМА-Fемајка | |
| Материјал | Al | |
| Завршување | Бојадисување | |
| Големина(Д*Ш*В) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Тежина | 0,074 | kg |
| RM-БДХА118-10 | ||
| Ставка | Спецификација | Единица |
| Фреквентен опсег | 1-18 | GHz |
| Добивање | 10 Тип. | dBi |
| VSWR | 1,5 Тип. | |
| Поларизација | Линеарен | |
| Крос По. Изолација | 30 Тип. | dB |
| Конектор | SMA-Женски | |
| Завршување | Pсветец | |
| Материјал | Al | |
| Големина(Д*Ш*В) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Тежина | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Параметри | Типично | Единици |
| Фреквентен опсег | 2-18 | GHz |
| Добивање | 15 Тип. | dBi |
| VSWR | 1,5 Тип. |
|
| Поларизација | Двојно Линеарен |
|
| Крос-полска изолација | 40 | dB |
| Изолација на портата | 40 | dB |
| Конектор | SMA-F |
|
| Површинска обработка | Pсветец |
|
| Големина(Д*Ш*В) | 276*147*147(±5) | mm |
| Тежина | 0,945 | kg |
| Материјал | Al |
|
| Работна температура | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Параметри | Типично | Единици |
| Фреквентен опсег | 93-95 | GHz |
| Добивање | 22 Тип. | dBi |
| VSWR | 1.3 Тип. |
|
| Поларизација | Двојно Линеарен |
|
| Крос-полска изолација | 60 Тип. | dB |
| Изолација на портата | 67 Тип. | dB |
| Конектор | WR10 |
|
| Материјал | Cu |
|
| Завршување | Златен |
|
| Големина(Д*Ш*В) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Тежина | 0,015 | kg |
Време на објавување: 11 април 2024 година
