Elektroničtí inženýři vědí, že antény vysílají a přijímají signály ve formě vln elektromagnetické (EM) energie popsaných Maxwellovými rovnicemi.Jako u mnoha témat, tyto rovnice a šíření, vlastnosti elektromagnetismu, mohou být studovány na různých úrovních, od relativně kvalitativních termínů až po složité rovnice.
Existuje mnoho aspektů šíření elektromagnetické energie, jedním z nich je polarizace, která může mít různé stupně dopadu nebo obav v aplikacích a jejich anténních konstrukcích.Základní principy polarizace platí pro veškeré elektromagnetické záření, včetně RF/bezdrátové, optické energie a často se používají v optických aplikacích.
Co je polarizace antény?
Než pochopíme polarizaci, musíme nejprve pochopit základní principy elektromagnetického vlnění.Tyto vlny se skládají z elektrických polí (E pole) a magnetických polí (H pole) a pohybují se jedním směrem.Pole E a H jsou kolmá na sebe a na směr šíření rovinné vlny.
Polarizace se vztahuje k rovině E-pole z pohledu vysílače signálu: pro horizontální polarizaci se elektrické pole bude pohybovat do stran v horizontální rovině, zatímco pro vertikální polarizaci bude elektrické pole oscilovat nahoru a dolů ve vertikální rovině.( Obrázek 1).
Obrázek 1: Vlny elektromagnetické energie se skládají ze vzájemně kolmých složek pole E a H
Lineární polarizace a kruhová polarizace
Polarizační režimy zahrnují následující:
V základní lineární polarizaci jsou dvě možné polarizace navzájem ortogonální (kolmé) (obrázek 2).Teoreticky horizontálně polarizovaná přijímací anténa „nevidí“ signál z vertikálně polarizované antény a naopak, i když obě pracují na stejné frekvenci.Čím lépe jsou vyrovnány, tím více signálu je zachyceno a přenos energie je maximalizován, když se polarizace shodují.
Obrázek 2: Lineární polarizace poskytuje dvě možnosti polarizace v pravém úhlu k sobě
Šikmá polarizace antény je druh lineární polarizace.Stejně jako základní horizontální a vertikální polarizace má tato polarizace smysl pouze v pozemském prostředí.Šikmá polarizace je v úhlu ±45 stupňů k horizontální referenční rovině.Zatímco toto je ve skutečnosti jen další forma lineární polarizace, termín "lineární" obvykle odkazuje pouze na horizontálně nebo vertikálně polarizované antény.
Přes určité ztráty jsou signály vysílané (nebo přijímané) diagonální anténou proveditelné pouze s horizontálně nebo vertikálně polarizovanými anténami.Šikmé polarizované antény jsou užitečné, když polarizace jedné nebo obou antén není známa nebo se během používání mění.
Kruhová polarizace (CP) je složitější než lineární polarizace.V tomto režimu se polarizace reprezentovaná vektorem pole E otáčí, jak se signál šíří.Při otočení doprava (při pohledu z vysílače) se kruhová polarizace nazývá pravotočivá kruhová polarizace (RHCP);při otočení doleva levotočivá kruhová polarizace (LHCP) (obrázek 3)
Obrázek 3: Při kruhové polarizaci se vektor pole E elektromagnetické vlny otáčí;tato rotace může být pravotočivá nebo levotočivá
Signál CP se skládá ze dvou ortogonálních vln, které jsou mimo fázi.Pro generování signálu CP jsou vyžadovány tři podmínky.Pole E se musí skládat ze dvou ortogonálních složek;tyto dvě složky musí být fázově posunuty o 90 stupňů a musí mít stejnou amplitudu.Jednoduchým způsobem generování CP je použití spirálové antény.
Eliptická polarizace (EP) je typ CP.Elipticky polarizované vlny jsou zisk vytvářený dvěma lineárně polarizovanými vlnami, jako jsou vlny CP.Když se spojí dvě vzájemně kolmé lineárně polarizované vlny s nestejnými amplitudami, vznikne elipticky polarizovaná vlna.
Polarizační nesoulad mezi anténami je popsán polarizačním ztrátovým faktorem (PLF).Tento parametr je vyjádřen v decibelech (dB) a je funkcí rozdílu polarizačního úhlu mezi vysílací a přijímací anténou.Teoreticky se PLF může pohybovat od 0 dB (žádná ztráta) pro dokonale nasměrovanou anténu do nekonečných dB (nekonečná ztráta) pro dokonale ortogonální anténu.
Ve skutečnosti však zarovnání (nebo nesprávné vyrovnání) polarizace není dokonalé, protože mechanická poloha antény, chování uživatele, zkreslení kanálu, vícecestné odrazy a další jevy mohou způsobit určité úhlové zkreslení přenášeného elektromagnetického pole.Zpočátku bude docházet k „úniku“ křížové polarizace signálu z ortogonální polarizace o 10 - 30 dB nebo více, což v některých případech může stačit k narušení obnovy požadovaného signálu.
Naproti tomu skutečné PLF pro dvě orientované antény s ideální polarizací může být 10 dB, 20 dB nebo více, v závislosti na okolnostech, a může bránit obnově signálu.Jinými slovy, nezamýšlená křížová polarizace a PLF mohou fungovat oběma způsoby tím, že interferují s požadovaným signálem nebo snižují požadovanou sílu signálu.
Proč se starat o polarizaci?
Polarizace funguje dvěma způsoby: čím více jsou dvě antény zarovnány a mají stejnou polarizaci, tím lepší je síla přijímaného signálu.Naopak špatné polarizační vyrovnání znesnadňuje přijímačům, ať už zamýšleným, nebo neuspokojeným, zachytit dostatek signálu, který nás zajímá.V mnoha případech "kanál" zkresluje přenášenou polarizaci nebo jedna nebo obě antény nejsou v pevném statickém směru.
Volba, kterou polarizaci použít, je obvykle určena instalací nebo atmosférickými podmínkami.Například horizontálně polarizovaná anténa bude fungovat lépe a zachová si svou polarizaci, když je instalována u stropu;naopak, vertikálně polarizovaná anténa bude fungovat lépe a zachová si svůj polarizační výkon, když je instalována blízko boční stěny.
Široce používaná dipólová anténa (hladká nebo složená) je horizontálně polarizována ve své "normální" montážní orientaci (obrázek 4) a je často otočena o 90 stupňů, aby v případě potřeby zaujala vertikální polarizaci nebo aby podporovala preferovaný režim polarizace (obrázek 5).
Obrázek 4: Dipólová anténa je obvykle namontována vodorovně na stožár, aby byla zajištěna horizontální polarizace
Obrázek 5: Pro aplikace vyžadující vertikální polarizaci lze dipólovou anténu namontovat podle toho, kde se anténa zachytí
Vertikální polarizace se běžně používá pro ruční mobilní rádia, jako jsou ty, které používají první zasahující, protože mnoho konstrukcí vertikálně polarizovaných rádiových antén také poskytuje všesměrový vyzařovací diagram.Proto se takové antény nemusí přeorientovat ani při změně směru rádia a antény.
3 - 30 MHz vysokofrekvenční (HF) frekvenční antény jsou obvykle konstruovány jako jednoduché dlouhé dráty navlečené vodorovně mezi držáky.Jeho délka je dána vlnovou délkou (10 - 100 m).Tento typ antény je přirozeně horizontálně polarizován.
Stojí za zmínku, že označování tohoto pásma jako „vysoké frekvence“ začalo před desítkami let, kdy 30 MHz byla skutečně vysoká frekvence.Ačkoli se tento popis nyní zdá být zastaralý, jedná se o oficiální označení Mezinárodní telekomunikační unie a je stále široce používán.
Preferovaná polarizace může být určena dvěma způsoby: buď pomocí pozemních vln pro silnější krátkodosahovou signalizaci vysílacím zařízením využívajícím pásmo středních vln (MW) 300 kHz - 3 MHz, nebo pomocí nebeských vln pro delší vzdálenosti přes ionosférické spojení.Obecně řečeno, vertikálně polarizované antény mají lepší šíření pozemních vln, zatímco horizontálně polarizované antény mají lepší výkon nebeských vln.
Kruhová polarizace je široce používána pro satelity, protože orientace satelitu vzhledem k pozemním stanicím a dalším satelitům se neustále mění.Účinnost mezi vysílací a přijímací anténou je největší, když jsou obě kruhově polarizované, ale lineárně polarizované antény lze použít s CP anténami, ačkoli existuje polarizační ztrátový faktor.
Polarizace je důležitá i pro systémy 5G.Některá 5G anténní pole s více vstupy/multiple-výstupy (MIMO) dosahují zvýšené propustnosti pomocí polarizace pro efektivnější využití dostupného spektra.Toho je dosaženo pomocí kombinace různých polarizací signálu a prostorového multiplexování antén (prostorová diverzita).
Systém může přenášet dva datové toky, protože datové toky jsou propojeny nezávislými ortogonálně polarizovanými anténami a lze je nezávisle obnovovat.I když existuje určitá křížová polarizace v důsledku zkreslení cesty a kanálu, odrazů, vícecestných cest a dalších nedokonalostí, přijímač využívá sofistikované algoritmy k obnově každého původního signálu, což má za následek nízkou bitovou chybovost (BER) a v konečném důsledku lepší využití spektra.
na závěr
Polarizace je důležitou vlastností antény, která je často přehlížena.Lineární (včetně horizontální a vertikální) polarizace, šikmá polarizace, kruhová polarizace a eliptická polarizace se používají pro různé aplikace.Rozsah end-to-end RF výkonu, kterého může anténa dosáhnout, závisí na její relativní orientaci a vyrovnání.Standardní antény mají různé polarizace a jsou vhodné pro různé části spektra, poskytují preferovanou polarizaci pro cílovou aplikaci.
Doporučené produkty:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parametry | Typický | Jednotky |
| Frekvenční rozsah | 20-30 | GHz |
| Získat | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. | |
| Polarizace | Dvojí Lineární | |
| Kříž Pol.Izolace | 60 Typ. | dB |
| Izolace přístavu | 70 Typ. | dB |
| Konektor | SMA-Fsamec | |
| Materiál | Al | |
| Dokončování | Malovat | |
| Velikost(D*Š*V) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Hmotnost | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Položka | Specifikace | Jednotka |
| Frekvenční rozsah | 1-18 | GHz |
| Získat | 10 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Typ. | |
| Polarizace | Lineární | |
| Kříž Po.Izolace | 30 Typ. | dB |
| Konektor | SMA-Žena | |
| Dokončování | Pnení | |
| Materiál | Al | |
| Velikost(D*Š*V) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Hmotnost | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parametry | Typický | Jednotky |
| Frekvenční rozsah | 2-18 | GHz |
| Získat | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Typ. |
|
| Polarizace | Dvojí Lineární |
|
| Kříž Pol.Izolace | 40 | dB |
| Izolace přístavu | 40 | dB |
| Konektor | SMA-F |
|
| Povrchová úprava | Pnení |
|
| Velikost(D*Š*V) | 276*147*147(±5) | mm |
| Hmotnost | 0,945 | kg |
| Materiál | Al |
|
| Provozní teplota | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parametry | Typický | Jednotky |
| Frekvenční rozsah | 93-95 | GHz |
| Získat | 22 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. |
|
| Polarizace | Dvojí Lineární |
|
| Kříž Pol.Izolace | 60 Typ. | dB |
| Izolace přístavu | 67 Typ. | dB |
| Konektor | WR10 |
|
| Materiál | Cu |
|
| Dokončování | Zlatý |
|
| Velikost(D*Š*V) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Hmotnost | 0,015 | kg |
Čas odeslání: duben-11-2024
