Інженери-електронники знають, що антени надсилають і приймають сигнали у формі хвиль електромагнітної (ЕМ) енергії, яка описується рівняннями Максвелла.Як і з багатьма темами, ці рівняння та властивості поширення електромагнетизму можна вивчати на різних рівнях, від відносно якісних термінів до складних рівнянь.
Існує багато аспектів розповсюдження електромагнітної енергії, одним із яких є поляризація, яка може мати різний ступінь впливу чи занепокоєння у додатках та конструкціях їхніх антен.Основні принципи поляризації застосовуються до всього електромагнітного випромінювання, включаючи радіочастотне/бездротове випромінювання, оптичну енергію, і часто використовуються в оптичних додатках.
Що таке поляризація антени?
Перш ніж зрозуміти поляризацію, ми повинні спочатку зрозуміти основні принципи електромагнітних хвиль.Ці хвилі складаються з електричних полів (поля Е) і магнітних полів (поля Н) і рухаються в одному напрямку.Поля E і H перпендикулярні одне до одного і до напрямку поширення плоскої хвилі.
Поляризація відноситься до площини електронного поля з точки зору передавача сигналу: для горизонтальної поляризації електричне поле рухатиметься вбік у горизонтальній площині, тоді як для вертикальної поляризації електричне поле коливатиметься вгору та вниз у вертикальній площині.( Фігура 1).
Малюнок 1. Хвилі електромагнітної енергії складаються з взаємно перпендикулярних E та H компонент поля
Лінійна поляризація та кругова поляризація
Режими поляризації включають наступне:
У базовій лінійній поляризації дві можливі поляризації є ортогональними (перпендикулярними) одна одній (рис. 2).Теоретично горизонтально поляризована приймальна антена не «побачить» сигнал від вертикально поляризованої антени і навпаки, навіть якщо обидві працюють на одній частоті.Чим краще вони вирівняні, тим більше сигналу вловлюється, а передача енергії максимізується, коли поляризації збігаються.
Рисунок 2. Лінійна поляризація забезпечує два варіанти поляризації під прямим кутом один до одного
Коса поляризація антени є різновидом лінійної поляризації.Подібно до основної горизонтальної та вертикальної поляризації, ця поляризація має сенс лише в земному середовищі.Коса поляризація знаходиться під кутом ±45 градусів до горизонтальної площини відліку.Хоча насправді це ще одна форма лінійної поляризації, термін «лінійний» зазвичай стосується лише горизонтально або вертикально поляризованих антен.
Незважаючи на певні втрати, сигнали, що надсилаються (або приймаються) діагональною антеною, можливі лише з антенами з горизонтальною або вертикальною поляризацією.Антени з косою поляризацією корисні, коли поляризація однієї або обох антен невідома або змінюється під час використання.
Кругова поляризація (КП) є більш складною, ніж лінійна поляризація.У цьому режимі поляризація, представлена вектором поля E, обертається під час поширення сигналу.При обертанні вправо (дивлячись від передавача) кругова поляризація називається правою круговою поляризацією (RHCP);при обертанні вліво, лівостороння кругова поляризація (LHCP) (рис. 3)
Рисунок 3: У круговій поляризації вектор E поля електромагнітної хвилі обертається;це обертання може бути правобічним або лівостороннім
Сигнал CP складається з двох ортогональних хвиль, які не мають фази.Для генерації сигналу CP необхідні три умови.Поле Е повинно складатися з двох ортогональних компонентів;два компоненти повинні бути зміщені по фазі на 90 градусів і однакові за амплітудою.Простим способом генерації CP є використання спіральної антени.
Еліптична поляризація (ЕП) є різновидом КП.Еліптично поляризовані хвилі — це посилення, створене двома лінійно поляризованими хвилями, як-от CP-хвилі.При поєднанні двох взаємно перпендикулярних лінійно поляризованих хвиль з різними амплітудами утворюється еліптично поляризована хвиля.
Невідповідність поляризації між антенами описується коефіцієнтом поляризаційних втрат (PLF).Цей параметр виражається в децибелах (дБ) і є функцією різниці кутів поляризації між передавальною та приймальною антенами.Теоретично PLF може коливатися від 0 дБ (без втрат) для ідеально орієнтованої антени до нескінченних дБ (нескінченні втрати) для ідеально ортогональної антени.
Насправді, однак, вирівнювання (або зміщення) поляризації не є досконалим, оскільки механічне положення антени, поведінка користувача, спотворення каналу, багатопроменєві відбиття та інші явища можуть спричинити певні кутові спотворення переданого електромагнітного поля.Спочатку буде 10-30 дБ або більше "витоку" сигналу крос-поляризації з ортогональної поляризації, чого в деяких випадках може бути достатньо, щоб перешкодити відновленню бажаного сигналу.
Навпаки, фактична PLF для двох орієнтованих антен з ідеальною поляризацією може становити 10 дБ, 20 дБ або більше, залежно від обставин, і може перешкоджати відновленню сигналу.Іншими словами, ненавмисна крос-поляризація та PLF можуть працювати в обох напрямках, створюючи перешкоди бажаному сигналу або зменшуючи бажану силу сигналу.
Навіщо піклуватися про поляризацію?
Поляризація працює двома способами: чим більше вирівняні дві антени та мають однакову поляризацію, тим сильніший отриманий сигнал.І навпаки, погане вирівнювання поляризації ускладнює для приймачів, навмисних чи незадоволених, захоплення достатньої кількості цікавого сигналу.У багатьох випадках «канал» спотворює поляризацію, що передається, або одна або обидві антени не мають фіксованого статичного напрямку.
Вибір того, яку поляризацію використовувати, зазвичай визначається установкою або атмосферними умовами.Наприклад, горизонтально поляризована антена працюватиме краще та збереже свою поляризацію, якщо її встановити біля стелі;навпаки, вертикально поляризована антена працюватиме краще та збереже свої характеристики поляризації, якщо її встановити біля бічної стіни.
Широко використовувана дипольна антена (звичайна або складена) має горизонтальну поляризацію в своїй «нормальній» орієнтації монтажу (Малюнок 4) і часто повертається на 90 градусів, щоб припустити вертикальну поляризацію, коли це необхідно, або підтримувати бажаний режим поляризації (Малюнок 5).
Рисунок 4: Дипольна антена зазвичай встановлюється горизонтально на щоглі для забезпечення горизонтальної поляризації
Малюнок 5: Для застосувань, що вимагають вертикальної поляризації, дипольну антену можна встановити відповідно до місця фіксації антени
Вертикальна поляризація зазвичай використовується для портативних мобільних радіоприймачів, таких як ті, які використовуються службами швидкої допомоги, оскільки багато конструкцій радіоантен із вертикальною поляризацією також забезпечують всенаправлену діаграму спрямованості.Таким чином, такі антени не потрібно змінювати, навіть якщо напрямок радіо та антени змінюється.
Високочастотні (ВЧ) антени 3–30 МГц зазвичай сконструйовані як прості довгі дроти, з’єднані між собою горизонтально між дужками.Його довжина визначається довжиною хвилі (10 - 100 м).Цей тип антени природно горизонтально поляризований.
Варто зазначити, що називати цей діапазон «високочастотним» почали десятиліття тому, коли 30 МГц справді були високочастотними.Хоча цей опис зараз здається застарілим, він є офіційним позначенням Міжнародного союзу телекомунікацій і все ще широко використовується.
Бажана поляризація може бути визначена двома способами: або за допомогою наземних хвиль для посилення сигналів короткого радіусу дії трансляційним обладнанням, що використовує діапазон середніх хвиль (MW) 300 кГц – 3 МГц, або за допомогою хвиль неба для більшої відстані через іоносферний канал.Взагалі кажучи, вертикально поляризовані антени краще розповсюджують наземні хвилі, тоді як горизонтально поляризовані мають кращі характеристики неба.
Кругова поляризація широко використовується для супутників, оскільки орієнтація супутника відносно наземних станцій та інших супутників постійно змінюється.Ефективність між передавальною та приймальною антенами є найбільшою, коли обидві мають кругову поляризацію, але лінійно поляризовані антени можна використовувати з CP-антенами, хоча існує коефіцієнт поляризаційних втрат.
Поляризація також важлива для систем 5G.Деякі антенні решітки 5G із декількома входами/багатьма виходами (MIMO) досягають підвищеної пропускної здатності завдяки використанню поляризації для більш ефективного використання доступного спектру.Це досягається за допомогою комбінації різних поляризацій сигналів і просторового мультиплексування антен (просторове рознесення).
Система може передавати два потоки даних, оскільки потоки даних з’єднані незалежними ортогонально поляризованими антенами та можуть бути відновлені незалежно.Навіть якщо певна перехресна поляризація існує через спотворення шляху та каналу, відбиття, багатопроменевість та інші недоліки, приймач використовує складні алгоритми для відновлення кожного вихідного сигналу, що призводить до низького рівня помилок у бітах (BER) і, зрештою, покращує використання спектра.
на закінчення
Поляризація є важливою властивістю антени, про яку часто не помічають.Лінійна (включаючи горизонтальну та вертикальну) поляризацію, косу поляризацію, кругову поляризацію та еліптичну поляризацію використовують для різних застосувань.Діапазон наскрізної радіочастотної характеристики антени залежить від її відносної орієнтації та вирівнювання.Стандартні антени мають різну поляризацію та підходять для різних частин спектру, забезпечуючи кращу поляризацію для цільового застосування.
Рекомендовані продукти:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Параметри | Типовий | одиниці |
| Діапазон частот | 20-30 | ГГц |
| посилення | 15 Тип. | dBi |
| КСВ | 1.3 Тип. | |
| Поляризація | Подвійний Лінійний | |
| Хрест Пол.Ізоляція | 60 Тип. | dB |
| Ізоляція порту | 70 Тип. | dB |
| Роз'єм | SMA-Fжінка | |
| матеріал | Al | |
| Оздоблення | Фарба | |
| Розмір(Д*Ш*В) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| вага | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Пункт | Специфікація | одиниця |
| Діапазон частот | 1-18 | ГГц |
| посилення | 10 Тип. | dBi |
| КСВ | 1.5 Тип. | |
| Поляризація | Лінійний | |
| Хрест По.Ізоляція | 30 Тип. | dB |
| Роз'єм | SMA-Жінка | |
| Оздоблення | Pне так | |
| матеріал | Al | |
| Розмір(Д*Ш*В) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| вага | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Параметри | Типовий | одиниці |
| Діапазон частот | 2-18 | ГГц |
| посилення | 15 Тип. | dBi |
| КСВ | 1.5 Тип. |
|
| Поляризація | Подвійний Лінійний |
|
| Хрест Пол.Ізоляція | 40 | dB |
| Ізоляція порту | 40 | dB |
| Роз'єм | СМА-Ф |
|
| Обробка поверхонь | Pне так |
|
| Розмір(Д*Ш*В) | 276*147*147(±5) | mm |
| вага | 0,945 | kg |
| матеріал | Al |
|
| Робоча температура | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Параметри | Типовий | одиниці |
| Діапазон частот | 93-95 | ГГц |
| посилення | 22 Тип. | dBi |
| КСВ | 1.3 Тип. |
|
| Поляризація | Подвійний Лінійний |
|
| Хрест Пол.Ізоляція | 60 Тип. | dB |
| Ізоляція порту | 67 Тип. | dB |
| Роз'єм | WR10 |
|
| матеріал | Cu |
|
| Оздоблення | Золотий |
|
| Розмір(Д*Ш*В) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| вага | 0,015 | kg |
Час публікації: 11 квітня 2024 р
