Elektroonikainsenerid teavad, et antennid saadavad ja võtavad vastu signaale elektromagnetilise (EM) energia lainete kujul, mida kirjeldavad Maxwelli võrrandid. Nagu paljude teemade puhul, saab ka neid võrrandeid ja elektromagnetismi leviku omadusi uurida erinevatel tasanditel, suhteliselt kvalitatiivsetest terminitest kuni keerukate võrranditeni.
Elektromagnetilise energia levimisel on palju aspekte, millest üks on polarisatsioon, millel võib olla rakendustes ja nende antennide konstruktsioonides erinev mõju või probleem. Polarisatsiooni põhiprintsiibid kehtivad kogu elektromagnetkiirguse, sealhulgas raadiosagedusliku/traadita optilise energia kohta ning neid kasutatakse sageli optilistes rakendustes.
Mis on antenni polarisatsioon?
Enne polarisatsiooni mõistmist peame kõigepealt mõistma elektromagnetlainete põhiprintsiipe. Need lained koosnevad elektriväljadest (E-väljad) ja magnetväljadest (H-väljad) ning liiguvad ühes suunas. E- ja H-väljad on üksteise ja tasapinnalise laine levimissuunaga risti.
Polarisatsioon viitab elektrivälja tasapinnale signaali saatja vaatenurgast: horisontaalse polarisatsiooni korral liigub elektriväli horisontaaltasandil külgsuunas, vertikaalse polarisatsiooni korral aga võngub elektriväli vertikaaltasandil üles ja alla (joonis 1).
Joonis 1: Elektromagnetilised energialained koosnevad vastastikku risti asetsevatest E- ja H-väljakomponentidest
Lineaarne polarisatsioon ja ringpolarisatsioon
Polarisatsioonirežiimide hulka kuuluvad järgmised:
Põhilises lineaarses polarisatsioonis on kaks võimalikku polarisatsiooni teineteise suhtes ortogonaalsed (perpendikulaarsed) (joonis 2). Teoreetiliselt ei "näe" horisontaalselt polariseeritud vastuvõtuantenn vertikaalselt polariseeritud antenni signaali ja vastupidi, isegi kui mõlemad töötavad samal sagedusel. Mida paremini need on joondatud, seda rohkem signaali püütakse kinni ja energiaülekanne on maksimaalne, kui polarisatsioonid sobivad.
Joonis 2: Lineaarne polarisatsioon pakub kahte üksteise suhtes täisnurga all olevat polarisatsioonivõimalust
Antenni kaldpolarisatsioon on lineaarse polarisatsiooni tüüp. Nagu põhiline horisontaalne ja vertikaalne polarisatsioon, on ka sellel polarisatsioonil mõte ainult maapealses keskkonnas. Kaldpolarisatsioon on horisontaalse võrdlustasandi suhtes ±45-kraadise nurga all. Kuigi see on tegelikult lihtsalt lineaarse polarisatsiooni üks vorm, viitab termin "lineaarne" tavaliselt ainult horisontaalselt või vertikaalselt polariseeritud antennidele.
Vaatamata mõningatele kadudele on diagonaalantenni poolt saadetud (või vastuvõetud) signaalid teostatavad ainult horisontaalselt või vertikaalselt polariseeritud antennidega. Kaldus polarisatsiooniga antennid on kasulikud, kui ühe või mõlema antenni polarisatsioon on teadmata või muutub kasutamise ajal.
Ringpolarisatsioon (CP) on keerukam kui lineaarne polarisatsioon. Selles režiimis pöörleb E-väljavektoriga esindatud polarisatsioon signaali levimisel. Paremale pööratuna (saatjast välja vaadates) nimetatakse ringpolarisatsiooni parempoolseks ringpolarisatsiooniks (RHCP); vasakule pööratuna vasakupoolseks ringpolarisatsiooniks (LHCP) (joonis 3).
Joonis 3: Ringpolarisatsioonis elektromagnetlaine E-väljavektor pöörleb; see pöörlemine võib olla parempoolne või vasakpoolne
CP-signaal koosneb kahest faasist nihkunud ortogonaalsest lainest. CP-signaali genereerimiseks on vaja kolme tingimust. E-väli peab koosnema kahest ortogonaalsest komponendist; need kaks komponenti peavad olema faasist 90 kraadi nihkes ja amplituudilt võrdsed. Lihtne viis CP genereerimiseks on kasutada spiraalantenni.
Elliptiline polarisatsioon (EP) on CP tüüp. Elliptiliselt polariseeritud lained on kahe lineaarselt polariseeritud laine, näiteks CP-lainete, tekitatud võimendus. Kui kaks vastastikku risti asetsevat lineaarselt polariseeritud lainet, millel on ebavõrdne amplituud, kombineeritakse, tekib elliptiliselt polariseeritud laine.
Antennide vahelist polarisatsiooni mittevastavust kirjeldatakse polarisatsiooni kaduteguriga (PLF). Seda parameetrit väljendatakse detsibellides (dB) ja see sõltub saatva ja vastuvõtva antenni polarisatsiooninurga erinevusest. Teoreetiliselt võib PLF ulatuda 0 dB-st (kaod puuduvad) ideaalselt joondatud antenni puhul lõpmatu dB-ni (lõpmatu kadu) ideaalselt ortogonaalse antenni puhul.
Tegelikkuses pole polarisatsiooni joondamine (või joondamise nihe) aga täiuslik, kuna antenni mehaaniline asend, kasutaja käitumine, kanali moonutused, mitmetee peegeldused ja muud nähtused võivad põhjustada edastatava elektromagnetvälja nurkmoonutusi. Algselt tekib ortogonaalsest polarisatsioonist 10–30 dB või rohkem signaali ristpolarisatsiooni „lekkeid“, mis mõnel juhul võib olla piisav, et häirida soovitud signaali taastumist.
Seevastu kahe ideaalse polarisatsiooniga joondatud antenni tegelik PLF võib olenevalt asjaoludest olla 10 dB, 20 dB või suurem ning see võib takistada signaali taastumist. Teisisõnu, tahtmatu ristpolarisatsioon ja PLF võivad toimida mõlemas suunas, häirides soovitud signaali või vähendades soovitud signaali tugevust.
Miks peaks polarisatsioonist hoolima?
Polarisatsioon toimib kahel viisil: mida paremini kaks antenni on joondatud ja neil on sama polarisatsioon, seda parem on vastuvõetava signaali tugevus. Seevastu halb polarisatsiooni joondus raskendab vastuvõtjatel, olgu siis kavandatud või mitte, huvipakkuva signaali piisava osa püüdmist. Paljudel juhtudel moonutab "kanal" edastatud polarisatsiooni või üks või mõlemad antennid ei ole fikseeritud staatilises suunas.
Kasutatava polarisatsiooni valiku määravad tavaliselt paigaldus- või atmosfääritingimused. Näiteks horisontaalselt polariseeritud antenn toimib paremini ja säilitab oma polarisatsiooni lae lähedale paigaldatuna; vertikaalselt polariseeritud antenn toimib paremini ja säilitab oma polarisatsiooni jõudluse külgseina lähedale paigaldatuna.
Laialdaselt kasutatav dipoolantenn (nii tavaline kui ka volditud) on oma "normaalses" paigaldusasendis horisontaalselt polariseeritud (joonis 4) ja seda pööratakse sageli 90 kraadi, et saavutada vertikaalne polarisatsioon, kui see on vajalik, või et toetada eelistatud polarisatsioonirežiimi (joonis 5).
Joonis 4: Dipoolantenn paigaldatakse tavaliselt horisontaalselt masti külge, et tagada horisontaalne polarisatsioon.
Joonis 5: Vertikaalset polarisatsiooni nõudvate rakenduste puhul saab dipoolantenni paigaldada vastavalt antenni haardeulatusele.
Vertikaalset polarisatsiooni kasutatakse tavaliselt mobiilsete pihuraadiote, näiteks esmareageerijate poolt kasutatavate raadioside puhul, kuna paljud vertikaalselt polariseeritud raadioantennide konstruktsioonid pakuvad ka igasuunalist kiirgusmustrit. Seetõttu ei pea selliseid antenne ümber orienteerima isegi siis, kui raadio ja antenni suund muutub.
3–30 MHz kõrgsagedusantennid on tavaliselt konstrueeritud lihtsate pikkade juhtmetena, mis on horisontaalselt kronsteinide vahele kokku tõmmatud. Nende pikkus määratakse lainepikkuse järgi (10–100 m). Seda tüüpi antenn on loomulikult horisontaalselt polariseeritud.
Tasub märkida, et seda sagedusala hakati "kõrgsagedusena" nimetama aastakümneid tagasi, kui 30 MHz oli tõepoolest kõrgsagedus. Kuigi see kirjeldus tundub nüüdseks aegunud olevat, on see Rahvusvahelise Telekommunikatsiooniliidu ametlik nimetus ja seda kasutatakse endiselt laialdaselt.
Eelistatud polarisatsiooni saab määrata kahel viisil: kas kasutades tugevama lühimaa signaali edastamiseks ringhäälinguseadmete poolt 300 kHz - 3 MHz kesklaine (MW) sagedusalas või kasutades taevalaineid pikemate vahemaade jaoks ionosfääri lingi kaudu. Üldiselt on vertikaalselt polariseeritud antennidel parem maelainete levi, samas kui horisontaalselt polariseeritud antennidel on parem taevalainete jõudlus.
Ringpolarisatsiooni kasutatakse satelliitide puhul laialdaselt, kuna satelliidi orientatsioon maapealsete jaamade ja teiste satelliitide suhtes muutub pidevalt. Efektiivsus saate- ja vastuvõtuantennide vahel on suurim, kui mõlemad on ringpolariseeritud, kuid lineaarselt polariseeritud antenne saab kasutada CP-antennidega, kuigi polarisatsiooni kadufaktor on olemas.
Polarisatsioon on oluline ka 5G süsteemide puhul. Mõned 5G mitme sisendi/mitme väljundiga (MIMO) antennimassiivid saavutavad suurema läbilaskevõime, kasutades polarisatsiooni, et saadaolevat spektrit tõhusamalt kasutada. See saavutatakse erinevate signaalipolarisatsioonide ja antennide ruumilise multipleksimise (ruumilise mitmekesisuse) kombinatsiooni abil.
Süsteem suudab edastada kahte andmevoogu, kuna andmevood on ühendatud sõltumatute ortogonaalselt polariseeritud antennidega ja neid saab iseseisvalt taastada. Isegi kui esineb teatav ristpolarisatsioon tee ja kanali moonutuste, peegelduste, mitmetee ja muude ebatäiuslikkuste tõttu, kasutab vastuvõtja iga algse signaali taastamiseks keerukaid algoritme, mille tulemuseks on madal bitivea määr (BER) ja lõppkokkuvõttes parem spektrikasutus.
kokkuvõtteks
Polarisatsioon on antenni oluline omadus, mida sageli tähelepanuta jäetakse. Erinevates rakendustes kasutatakse lineaarset (sh horisontaalset ja vertikaalset) polarisatsiooni, kaldpolarisatsiooni, ringpolarisatsiooni ja elliptilist polarisatsiooni. Antenni saavutatav raadiosagedusliku jõudluse otspunktist otspunktini ulatus sõltub selle suhtelisest orientatsioonist ja paigutusest. Standardantennidel on erinevad polarisatsioonid ja need sobivad spektri erinevate osade jaoks, pakkudes sihtrakenduse jaoks eelistatud polarisatsiooni.
Soovitatavad tooted:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parameetrid | Tüüpiline | Ühikud |
| Sagedusvahemik | 20–30 | GHz |
| Kasum | 15 Tüüp. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tüüp. | |
| Polarisatsioon | Kahekordne Lineaarne | |
| Ristpolaarne isolatsioon | 60 tüüpi. | dB |
| Pordi isolatsioon | 70 Tüüp. | dB |
| Pistik | SMA-Female | |
| Materjal | Al | |
| Viimistlus | Värvimine | |
| Suurus(P*L*K) | 83,9 * 39,6 * 69,4 (±5) | mm |
| Kaal | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Ese | Spetsifikatsioon | Ühik |
| Sagedusvahemik | 1-18 | GHz |
| Kasum | 10 tüüpi. | dBi |
| VSWR | 1,5 tüüpi. | |
| Polarisatsioon | Lineaarne | |
| Ristpolüüpide isolatsioon | 30 tüüpi. | dB |
| Pistik | SMA-naine | |
| Viimistlus | Ppüha | |
| Materjal | Al | |
| Suurus(P*L*K) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Kaal | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parameetrid | Tüüpiline | Ühikud |
| Sagedusvahemik | 2-18 | GHz |
| Kasum | 15 Tüüp. | dBi |
| VSWR | 1,5 tüüpi. |
|
| Polarisatsioon | Kahekordne Lineaarne |
|
| Ristpolaarne isolatsioon | 40 | dB |
| Pordi isolatsioon | 40 | dB |
| Pistik | SMA-F |
|
| Pinnatöötlus | Ppüha |
|
| Suurus(P*L*K) | 276*147*147(±5) | mm |
| Kaal | 0,945 | kg |
| Materjal | Al |
|
| Töötemperatuur | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parameetrid | Tüüpiline | Ühikud |
| Sagedusvahemik | 93-95 | GHz |
| Kasum | 22 Tüüp. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tüüp. |
|
| Polarisatsioon | Kahekordne Lineaarne |
|
| Ristpolaarne isolatsioon | 60 tüüpi. | dB |
| Pordi isolatsioon | 67 Tüüp. | dB |
| Pistik | WR10 |
|
| Materjal | Cu |
|
| Viimistlus | Kuldne |
|
| Suurus(P*L*K) | 69,3 * 19,1 * 21,2 (±5) | mm |
| Kaal | 0,015 | kg |
Postituse aeg: 11. aprill 2024
