Електронски инжењери знају да антене шаљу и примају сигнале у облику таласа електромагнетне (ЕМ) енергије описаних Максвеловим једначинама. Као и код многих тема, ове једначине, и простирање, својства електромагнетизма, могу се проучавати на различитим нивоима, од релативно квалитативних појмова до сложених једначина.
Постоји много аспеката ширења електромагнетне енергије, један од њих је поларизација, која може имати различит степен утицаја или забринутости у применама и дизајну њихових антена. Основни принципи поларизације примењују се на сва електромагнетна зрачења, укључујући РФ/бежично, оптичку енергију, и често се користе у оптичким применама.
Шта је поларизација антене?
Пре него што разумемо поларизацију, морамо прво разумети основне принципе електромагнетних таласа. Ови таласи су састављени од електричних поља (Е поља) и магнетних поља (Х поља) и крећу се у једном смеру. Е и Х поља су нормална једно на друго и на смер простирања равног таласа.
Поларизација се односи на раван Е-поља из перспективе предајника сигнала: код хоризонталне поларизације, електрично поље ће се кретати бочно у хоризонталној равни, док ће код вертикалне поларизације електрично поље осциловати горе-доле у вертикалној равни (слика 1).
Слика 1: Електромагнетни енергетски таласи се састоје од међусобно нормалних E и H компоненти поља
Линеарна поларизација и кружна поларизација
Режими поларизације укључују следеће:
Код основног линеарног поларизовања, две могуће поларизације су ортогоналне (перпендикуларне) једна у односу на другу (слика 2). У теорији, хоризонтално поларизована пријемна антена неће „видети“ сигнал од вертикално поларизоване антене и обрнуто, чак и ако обе раде на истој фреквенцији. Што су боље поравнате, више сигнала се хвата, а пренос енергије је максималан када се поларизације поклапају.
Слика 2: Линеарна поларизација пружа две опције поларизације под правим углом једна у односу на другу
Коса поларизација антене је врста линеарне поларизације. Као и основна хоризонтална и вертикална поларизација, ова поларизација има смисла само у земаљском окружењу. Коса поларизација је под углом од ±45 степени у односу на хоризонталну референтну раван. Иако је ово заправо само још један облик линеарне поларизације, термин „линеарни“ се обично односи само на хоризонтално или вертикално поларизоване антене.
Упркос неким губицима, сигнали које шаље (или прима) дијагонална антена су могући само са хоризонтално или вертикално поларизованим антенама. Косо поларизоване антене су корисне када је поларизација једне или обе антене непозната или се мења током употребе.
Кружна поларизација (CP) је сложенија од линеарне поларизације. У овом режиму, поларизација представљена вектором E поља ротира како се сигнал шири. Када се ротира удесно (гледајући из предајника), кружна поларизација се назива деснорука кружна поларизација (RHCP); када се ротира улево, леворука кружна поларизација (LHCP) (Слика 3)
Слика 3: Код кружне поларизације, вектор поља Е електромагнетног таласа ротира; ова ротација може бити десно или лево
CP сигнал се састоји од два ортогонална таласа који су ван фазе. За генерисање CP сигнала потребна су три услова. E поље мора да се састоји од две ортогоналне компоненте; две компоненте морају бити ван фазе под углом од 90 степени и једнаке амплитуде. Једноставан начин за генерисање CP је коришћење спиралне антене.
Елиптична поларизација (ЕП) је врста КП. Елиптично поларизовани таласи су појачање које производе два линеарно поларизована таласа, попут КП таласа. Када се два међусобно нормална линеарно поларизована таласа са неједнаким амплитудама комбинују, производи се елиптично поларизовани талас.
Неусклађеност поларизације између антена описује се фактором губитка поларизације (PLF). Овај параметар се изражава у децибелима (dB) и функција је разлике у углу поларизације између предајне и пријемне антене. Теоретски, PLF може да се креће од 0 dB (без губитка) за савршено поравнату антену до бесконачног dB (бесконачни губитак) за савршено ортогоналну антену.
Међутим, у стварности, поравнање (или неусклађеност) поларизације није савршено јер механички положај антене, понашање корисника, изобличење канала, вишеструке рефлексије и друге појаве могу изазвати извесно угаоно изобличење пренетог електромагнетног поља. У почетку ће доћи до „цурења“ сигнала услед унакрсне поларизације од 10 - 30 dB или више из ортогоналне поларизације, што у неким случајевима може бити довољно да омета опоравак жељеног сигнала.
Насупрот томе, стварни PLF за две поравнате антене са идеалном поларизацијом може бити 10 dB, 20 dB или већи, у зависности од околности, и може ометати опоравак сигнала. Другим речима, ненамерна унакрсна поларизација и PLF могу деловати у оба смера тако што ометају жељени сигнал или смањују жељену јачину сигнала.
Зашто би било важно поларизовати нас?
Поларизација функционише на два начина: што су две антене више поравнате и имају исту поларизацију, то је јачина примљеног сигнала боља. Супротно томе, лоше поравнање поларизације отежава пријемницима, било онима који су намеравани или онима који нису, да ухвате довољно сигнала од интереса. У многим случајевима, „канал“ искривљује пренету поларизацију, или једна или обе антене нису у фиксном статичком правцу.
Избор поларизације обично се одређује инсталацијом или атмосферским условима. На пример, хоризонтално поларизована антена ће боље радити и одржати своју поларизацију када је инсталирана близу плафона; обрнуто, вертикално поларизована антена ће боље радити и одржати своје поларизационе перформансе када је инсталирана близу бочног зида.
Широко коришћена диполна антена (обична или пресавијена) је хоризонтално поларизована у својој „нормалној“ оријентацији монтаже (слика 4) и често се ротира за 90 степени да би се по потреби претпоставила вертикална поларизација или да би се подржао преферирани режим поларизације (слика 5).
Слика 4: Диполна антена се обично монтира хоризонтално на јарбол како би се обезбедила хоризонтална поларизација.
Слика 5: За примене које захтевају вертикалну поларизацију, диполна антена се може монтирати на одговарајући начин где антена хвата
Вертикална поларизација се обично користи за ручне мобилне радио-уређаје, као што су они које користе службе за хитне интервенције, јер многи вертикално поларизовани дизајни радио-антена такође пружају свесмерни дијаграм зрачења. Стога, такве антене не морају бити преоријентисане чак и ако се смер радија и антене промени.
Високофреквентне (HF) антене од 3 - 30 MHz су обично конструисане као једноставне дугачке жице хоризонтално нанизане између носача. Њихова дужина је одређена таласном дужином (10 - 100 м). Овај тип антене је природно хоризонтално поларизован.
Вреди напоменути да је називање овог опсега „високом фреквенцијом“ почело пре неколико деценија, када је 30 MHz заиста била висока фреквенција. Иако се овај опис сада чини застарелим, то је званична ознака Међународне телекомуникационе уније и још увек се широко користи.
Пожељна поларизација може се одредити на два начина: или коришћењем земаљских таласа за јачу сигнализацију кратког домета помоћу радиодифузне опреме која користи средњеталасни (MW) опсег од 300 kHz - 3 MHz, или коришћењем небеских таласа за веће удаљености кроз јоносферску везу. Генерално говорећи, вертикално поларизоване антене имају боље простирање земаљских таласа, док хоризонтално поларизоване антене имају боље перформансе небеских таласа.
Кружна поларизација се широко користи за сателите јер се оријентација сателита у односу на земаљске станице и друге сателите стално мења. Ефикасност између предајне и пријемне антене је највећа када су обе кружно поларизоване, али линеарно поларизоване антене се могу користити са CP антенама, иако постоји фактор губитка поларизације.
Поларизација је такође важна за 5G системе. Неки 5G антенски низови са вишеструким улазима/вишеструким излазима (MIMO) постижу повећани пропусни опсег коришћењем поларизације како би ефикасније искористили расположиви спектар. Ово се постиже комбинацијом различитих поларизација сигнала и просторног мултиплексирања антена (просторна разноликост).
Систем може да преноси два тока података јер су токови података повезани независним ортогонално поларизованим антенама и могу се независно опоравити. Чак и ако постоји извесна унакрсна поларизација због изобличења путање и канала, рефлексија, вишеструког пута и других несавршености, пријемник користи софистициране алгоритме за опоравак сваког оригиналног сигнала, што резултира ниском стопом грешака у биту (BER) и на крају побољшаним искоришћењем спектра.
закључно
Поларизација је важно својство антене које се често занемарује. Линеарна (укључујући хоризонталну и вертикалну) поларизација, коса поларизација, кружна поларизација и елиптична поларизација се користе за различите примене. Распон РФ перформанси од краја до краја које антена може да постигне зависи од њене релативне оријентације и поравнања. Стандардне антене имају различите поларизације и погодне су за различите делове спектра, обезбеђујући преферирану поларизацију за циљну примену.
Препоручени производи：
| RM-ДПХА2030-15 | ||
| Параметри | Типично | Јединице |
| Фреквентни опсег | 20-30 | GHz |
| Добитак | 15 Тип. | dBi |
| Константно-височина (VSWR) | 1.3 Тип. | |
| Поларизација | Дуално Линеарно | |
| Кросс-пол. изолација | 60 Тип. | dB |
| Изолација порта | 70 Тип. | dB |
| Конектор | СМА-Fимејл | |
| Материјал | Al | |
| Завршна обрада | Боја | |
| Величина(Д*Ш*В) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Тежина | 0,074 | kg |
| RM-БДХА118-10 | ||
| Ставка | Спецификација | Јединица |
| Фреквентни опсег | 1-18 | GHz |
| Добитак | 10 Тип. | dBi |
| Константно-височина (VSWR) | 1,5 Тип. | |
| Поларизација | Линеарно | |
| Кросс По. Изолација | 30 Тип. | dB |
| Конектор | СМА - жена | |
| Завршна обрада | Pније | |
| Материјал | Al | |
| Величина(Д*Ш*В) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Тежина | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Параметри | Типично | Јединице |
| Фреквентни опсег | 2-18 | GHz |
| Добитак | 15 Тип. | dBi |
| Константно-височина (VSWR) | 1,5 Тип. |
|
| Поларизација | Дуално Линеарно |
|
| Кросс-пол. изолација | 40 | dB |
| Изолација порта | 40 | dB |
| Конектор | SMA-F |
|
| Површинска обрада | Pније |
|
| Величина(Д*Ш*В) | 276*147*147(±5) | mm |
| Тежина | 0,945 | kg |
| Материјал | Al |
|
| Радна температура | -40-+85 | °C |
| RM-БДПХА9395-22 | ||
| Параметри | Типично | Јединице |
| Фреквентни опсег | 93-95 | GHz |
| Добитак | 22 Тип. | dBi |
| Константно-височина (VSWR) | 1.3 Тип. |
|
| Поларизација | Дуално Линеарно |
|
| Кросс-пол. изолација | 60 Тип. | dB |
| Изолација порта | 67 Тип. | dB |
| Конектор | ВР10 |
|
| Материјал | Cu |
|
| Завршна обрада | Златни |
|
| Величина(Д*Ш*В) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Тежина | 0,015 | kg |
Време објаве: 11. април 2024.
