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 levikut ja omadusi uurida erinevatel tasanditel, alates suhteliselt kvalitatiivsetest terminitest kuni keerukate võrranditeni.
Elektromagnetilise energia levimisel on palju aspekte, millest üks on polarisatsioon, mis võib rakendustes ja nende antennikonstruktsioonides avaldada erinevat mõju või muret. Polarisatsiooni põhiprintsiibid kehtivad kogu elektromagnetkiirguse, sealhulgas RF/traadita kiirguse, optilise energia kohta ja 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 E-välja tasapinnale signaali saatja vaatenurgast: horisontaalse polarisatsiooni korral liigub elektriväli horisontaaltasandil külgsuunas, vertikaalse polarisatsiooni korral aga vertikaaltasandil üles-alla võnkumine.( joonis 1).
Joonis 1: Elektromagnetilised energialained koosnevad vastastikku risti asetsevatest E- ja H-välja komponentidest
Lineaarne polarisatsioon ja ringpolarisatsioon
Polarisatsioonirežiimid hõlmavad järgmist:
Põhilise lineaarse polarisatsiooni korral on kaks võimalikku polarisatsiooni üksteisega risti (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 ja energiaülekanne on maksimeeritud, kui polarisatsioonid ühtivad.
Joonis 2: Lineaarne polarisatsioon pakub kahte teineteise suhtes täisnurga all olevat polarisatsioonivalikut
Antenni kaldus polarisatsioon on lineaarse polarisatsiooni tüüp. Nagu põhiline horisontaalne ja vertikaalne polarisatsioon, on ka sellel polarisatsioonil mõtet ainult maapealses keskkonnas. Kaldus polarisatsioon on horisontaalse võrdlustasandi suhtes ±45 kraadise nurga all. Kuigi see on tõesti lihtsalt üks lineaarse polarisatsiooni vorm, viitab termin "lineaarne" tavaliselt ainult horisontaalselt või vertikaalselt polariseeritud antennidele.
Vaatamata mõningatele kadudele on diagonaalantenni poolt saadetavad (või vastuvõetud) signaalid teostatavad ainult horisontaal- või vertikaalpolariseeritud antennidega. Kaldus polariseeritud antennid on kasulikud, kui ühe või mõlema antenni polarisatsioon on teadmata või muutub kasutamise käigus.
Ringpolarisatsioon (CP) on keerulisem kui lineaarne polarisatsioon. Selles režiimis pöörleb E-välja vektoriga kujutatud polarisatsioon signaali levimisel. Paremale pööratuna (saatjast välja vaadates) nimetatakse ringpolarisatsiooni parempoolseks ringpolarisatsiooniks (RHCP); vasakule pööramisel vasakpoolne ringpolarisatsioon (LHCP) (joonis 3)
Joonis 3: Ringpolarisatsioonis elektromagnetlaine E-välja vektor pöörleb; see pöörlemine võib olla parem- või vasakukäeline
CP-signaal koosneb kahest ortogonaalsest lainest, mis on faasist väljas. CP-signaali genereerimiseks on vaja kolme tingimust. E väli peab koosnema kahest ortogonaalsest komponendist; kaks komponenti peavad olema 90 kraadi faasist väljas ja amplituudiga võrdsed. Lihtne viis CP genereerimiseks on kasutada spiraalset antenni.
Elliptiline polarisatsioon (EP) on CP tüüp. Elliptiliselt polariseeritud lained on kahe lineaarselt polariseeritud laine, nagu CP-lained, tekitatud võimendus. Kui ühendada kaks üksteisega risti asetsevat ebavõrdse amplituudiga lineaarselt polariseeritud lainet, tekib elliptiliselt polariseeritud laine.
Antennide polarisatsiooni mittevastavust kirjeldatakse polarisatsioonikaduteguriga (PLF). Seda parameetrit väljendatakse detsibellides (dB) ja see on saate- ja vastuvõtuantenni polarisatsiooninurga erinevuse funktsioon. Teoreetiliselt võib PLF ulatuda 0 dB-st (kadudeta) ideaalselt joondatud antenni korral kuni lõpmatu dB-ni (lõpmatu kadu) ideaalselt ortogonaalse antenni korral.
Tegelikkuses ei ole polarisatsiooni joondamine (või vale joondumine) aga täiuslik, sest antenni mehaaniline asend, kasutaja käitumine, kanali moonutused, mitmeteelised peegeldused ja muud nähtused võivad põhjustada edastatava elektromagnetvälja mõningaid nurkmoonutusi. Esialgu esineb ortogonaalsest polarisatsioonist 10–30 dB või rohkem signaali ristpolarisatsiooni "leke", millest mõnel juhul võib piisata, et segada soovitud signaali taastumist.
Seevastu kahe joondatud ideaalse polarisatsiooniga antenni tegelik PLF võib olenevalt asjaoludest olla 10 dB, 20 dB või suurem ja see võib takistada signaali taastamist. Teisisõnu, tahtmatu ristpolarisatsioon ja PLF võivad töötada mõlemal viisil, häirides soovitud signaali või vähendades soovitud signaali tugevust.
Miks hoolida polarisatsioonist?
Polariseerimine toimib kahel viisil: mida rohkem on kaks antenni joondatud ja millel on sama polarisatsioon, seda parem on vastuvõetava signaali tugevus. Vastupidi, halb polarisatsiooni joondamine raskendab vastuvõtjatel, kas ette nähtud või rahulolematutel, piisava huvipakkuva signaali hõivamise. Paljudel juhtudel moonutab "kanal" edastatavat polarisatsiooni või üks või mõlemad antennid ei ole kindlas staatilises suunas.
Valiku, millist polarisatsiooni kasutada, määrab tavaliselt paigaldus või atmosfääritingimused. Näiteks horisontaalselt polariseeritud antenn toimib paremini ja säilitab oma polarisatsiooni, kui see on paigaldatud lae lähedale; vastupidi, vertikaalselt polariseeritud antenn toimib paremini ja säilitab oma polarisatsioonivõime, kui see paigaldatakse külgseina lähedale.
Laialdaselt kasutatav dipoolantenn (tavaline või volditud) on horisontaalselt polariseeritud oma "tavalises" paigaldusasendis (joonis 4) ja seda pööratakse sageli 90 kraadi, et eeldada vajaduse korral vertikaalset polarisatsiooni või toetada eelistatud polarisatsioonirežiimi (joonis 5).
Joonis 4: dipoolantenn paigaldatakse tavaliselt mastile horisontaalselt, et tagada horisontaalne polarisatsioon
Joonis 5: Vertikaalset polarisatsiooni nõudvate rakenduste puhul saab dipoolantenni paigaldada vastavalt sellele, kuhu antenn kinni haarab
Vertikaalset polarisatsiooni kasutatakse tavaliselt pihuarvutite mobiilsete raadioside puhul, nagu näiteks esmareageerijad, kuna paljud vertikaalselt polariseeritud raadioantennide konstruktsioonid pakuvad ka mitmesuunalist kiirgusmustrit. Seetõttu ei pea selliseid antenne ümber orienteerima isegi siis, kui raadio ja antenni suund muutub.
3–30 MHz kõrgsageduslikud (HF) antennid on tavaliselt konstrueeritud lihtsate pikkade juhtmetena, mis on horisontaalselt kokku tõmmatud sulgude vahele. Selle pikkus määratakse lainepikkuse järgi (10 - 100 m). Seda tüüpi antenn on loomulikult horisontaalselt polariseeritud.
Väärib märkimist, et selle sagedusala nimetamine "kõrgsageduseks" sai alguse aastakümneid tagasi, kui 30 MHz oli tõepoolest kõrge sagedus. Kuigi see kirjeldus näib nüüd olevat aegunud, on see Rahvusvahelise Telekommunikatsiooni Liidu ametlik nimetus ja seda kasutatakse endiselt laialdaselt.
Eelistatud polarisatsiooni saab määrata kahel viisil: kas maapealseid laineid kasutades tugevama lühimaasignaali edastamiseks ringhäälinguseadmete poolt, mis kasutavad sagedusala 300 kHz–3 MHz kesklaine (MW) või taevalaineid pikemate vahemaade jaoks läbi ionosfääri lingi. Üldiselt on vertikaalpolarisatsiooniga antennidel parem maalaine levik, samas kui horisontaalpolarisatsiooniga antennidel on parem taevalaine jõudlus.
Ringpolarisatsiooni kasutatakse laialdaselt satelliitide puhul, kuna satelliidi orientatsioon maapealsete jaamade ja teiste satelliitide suhtes muutub pidevalt. Saate- ja vastuvõtuantennide vaheline efektiivsus on suurim, kui mõlemad on ringpolariseeritud, kuid lineaarselt polariseeritud antenne saab kasutada CP-antennidega, kuigi on olemas polarisatsioonikadude tegur.
Polarisatsioon on oluline ka 5G süsteemide jaoks. Mõned 5G mitme sisendi/mitme väljundiga (MIMO) antennimassiivid suurendavad läbilaskevõimet, kasutades saadaoleva spektri tõhusamaks kasutamiseks polarisatsiooni. See saavutatakse erinevate signaalide polarisatsioonide ja antennide ruumilise multipleksimise (ruumi mitmekesisuse) kombinatsiooni abil.
Süsteem suudab edastada kahte andmevoogu, kuna andmevood on ühendatud sõltumatute ortogonaalselt polariseeritud antennidega ja neid saab iseseisvalt taastada. Isegi kui tee ja kanali moonutuste, peegelduste, mitme tee ja muude puuduste tõttu esineb teatav ristpolarisatsioon, kasutab vastuvõtja iga algse signaali taastamiseks keerukaid algoritme, mille tulemuseks on madal bitiveamäär (BER) ja lõpuks parem spektri kasutamine.
kokkuvõtteks
Polarisatsioon on oluline antenni omadus, mida sageli eiratakse. Erinevate rakenduste jaoks kasutatakse lineaarset (sh horisontaalset ja vertikaalset) polarisatsiooni, kaldpolarisatsiooni, ringpolarisatsiooni ja elliptilist polarisatsiooni. Antenni täieliku raadiosagedusliku jõudluse ulatus sõltub selle suhtelisest orientatsioonist ja joondusest. Standardantennidel on erinev polarisatsioon ja need sobivad spektri erinevate osade jaoks, pakkudes sihtrakenduse jaoks eelistatud polarisatsiooni.
Soovitatavad tooted:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parameetrid | Tüüpiline | Ühikud |
| Sagedusvahemik | 20-30 | GHz |
| Kasu | 15 Tüüp. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tüüp. | |
| Polarisatsioon | Kahekordne Lineaarne | |
| Risti pol. Isolatsioon | 60 Tüüp. | dB |
| Sadama isoleerimine | 70 Tüüp. | dB |
| Ühendus | SMA-Female | |
| Materjal | Al | |
| Viimistlemine | Värvida | |
| Suurus(P*L*K) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Kaal | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Üksus | Spetsifikatsioon | Üksus |
| Sagedusvahemik | 1-18 | GHz |
| Kasu | 10 Tüüp. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tüüp. | |
| Polarisatsioon | Lineaarne | |
| Rist Po. Isolatsioon | 30 Tüüp. | dB |
| Ühendus | SMA-naine | |
| Viimistlemine | Paint | |
| 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 |
| Kasu | 15 Tüüp. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tüüp. |
|
| Polarisatsioon | Kahekordne Lineaarne |
|
| Risti pol. Isolatsioon | 40 | dB |
| Sadama isoleerimine | 40 | dB |
| Ühendus | SMA-F |
|
| Pinnatöötlus | Paint |
|
| 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 |
| Kasu | 22 Tüüp. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tüüp. |
|
| Polarisatsioon | Kahekordne Lineaarne |
|
| Risti pol. Isolatsioon | 60 Tüüp. | dB |
| Sadama isoleerimine | 67 Tüüp. | dB |
| Ühendus | WR10 |
|
| Materjal | Cu |
|
| Viimistlemine | Kuldne |
|
| Suurus(P*L*K) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Kaal | 0,015 | kg |
Postitusaeg: 11. aprill 2024
