Elektronikas inženieri zina, ka antenas sūta un saņem signālus elektromagnētiskās (EM) enerģijas viļņu veidā, kas aprakstīti Maksvela vienādojumos.Tāpat kā ar daudzām tēmām, šos vienādojumus un elektromagnētisma izplatību un īpašības var pētīt dažādos līmeņos, sākot no relatīvi kvalitatīviem terminiem līdz sarežģītiem vienādojumiem.
Elektromagnētiskās enerģijas izplatībai ir daudz aspektu, viens no tiem ir polarizācija, kas var radīt dažādas ietekmes vai bažas lietojumprogrammās un to antenu konstrukcijās.Polarizācijas pamatprincipi attiecas uz visu elektromagnētisko starojumu, tostarp RF/bezvadu, optisko enerģiju, un tos bieži izmanto optiskos lietojumos.
Kas ir antenas polarizācija?
Pirms izprast polarizāciju, mums vispirms ir jāsaprot elektromagnētisko viļņu pamatprincipi.Šie viļņi sastāv no elektriskajiem laukiem (E lauki) un magnētiskajiem laukiem (H lauki) un pārvietojas vienā virzienā.E un H lauki ir perpendikulāri viens otram un plaknes viļņu izplatīšanās virzienam.
Polarizācija attiecas uz E lauka plakni no signāla raidītāja perspektīvas: horizontālai polarizācijai elektriskais lauks pārvietosies uz sāniem horizontālajā plaknē, savukārt vertikālās polarizācijas gadījumā elektriskais lauks svārsīsies augšup un lejup vertikālajā plaknē.( 1. attēls).
1. attēls. Elektromagnētiskās enerģijas viļņi sastāv no savstarpēji perpendikulāriem E un H lauka komponentiem
Lineārā polarizācija un cirkulārā polarizācija
Polarizācijas režīmi ir šādi:
Pamata lineārajā polarizācijā abas iespējamās polarizācijas ir ortogonālas (perpendikulāras) viena otrai (2. attēls).Teorētiski horizontāli polarizēta uztvērēja antena "neredzēs" signālu no vertikāli polarizētas antenas un otrādi, pat ja abas darbojas vienā frekvencē.Jo labāk tie ir izlīdzināti, jo vairāk signāla tiek uztverts un enerģijas pārnešana tiek maksimāli palielināta, kad polarizācijas sakrīt.
2. attēls. Lineārā polarizācija nodrošina divas polarizācijas iespējas, kas atrodas taisnā leņķī viena pret otru
Antenas slīpā polarizācija ir lineārās polarizācijas veids.Tāpat kā pamata horizontālā un vertikālā polarizācija, arī šai polarizācijai ir jēga tikai zemes vidē.Slīpa polarizācija ir ±45 grādu leņķī pret horizontālo atskaites plakni.Lai gan tas patiešām ir tikai vēl viens lineārās polarizācijas veids, termins "lineārs" parasti attiecas tikai uz horizontāli vai vertikāli polarizētām antenām.
Neskatoties uz dažiem zaudējumiem, signālus, ko sūta (vai saņem) diagonālā antena, var izmantot tikai ar horizontāli vai vertikāli polarizētām antenām.Slīpi polarizētas antenas ir noderīgas, ja vienas vai abu antenu polarizācija nav zināma vai mainās lietošanas laikā.
Cirkulārā polarizācija (CP) ir sarežģītāka nekā lineārā polarizācija.Šajā režīmā E lauka vektora attēlotā polarizācija griežas signālam izplatoties.Pagriežot pa labi (skatoties ārā no raidītāja), cirkulāro polarizāciju sauc par labās puses cirkulāro polarizāciju (RHCP);pagriežot pa kreisi, kreisās puses cirkulārā polarizācija (LHCP) (3. attēls)
3. attēls. Apļveida polarizācijā elektromagnētiskā viļņa E lauka vektors griežas;šī rotācija var būt ar labo vai kreiso roku
CP signāls sastāv no diviem ortogonāliem viļņiem, kas ir ārpus fāzes.Lai ģenerētu CP signālu, ir nepieciešami trīs nosacījumi.E laukam jāsastāv no diviem ortogonāliem komponentiem;abām sastāvdaļām jābūt 90 grādu fāzē un vienādai amplitūdai.Vienkāršs veids, kā radīt CP, ir izmantot spirālveida antenu.
Eliptiskā polarizācija (EP) ir CP veids.Eliptiski polarizēti viļņi ir pastiprinājums, ko rada divi lineāri polarizēti viļņi, piemēram, CP viļņi.Apvienojot divus savstarpēji perpendikulārus lineāri polarizētus viļņus ar nevienlīdzīgu amplitūdu, rodas eliptiski polarizēts vilnis.
Antenu polarizācijas neatbilstību raksturo polarizācijas zuduma koeficients (PLF).Šis parametrs ir izteikts decibelos (dB) un ir funkcija no polarizācijas leņķa starpības starp raidošās un uztverošās antenas.Teorētiski PLF var svārstīties no 0 dB (bez zudumiem) perfekti saskaņotai antenai līdz bezgalīgiem dB (bezgalīgiem zudumiem) perfekti ortogonālai antenai.
Tomēr patiesībā polarizācijas izlīdzināšana (vai neatbilstība) nav ideāla, jo antenas mehāniskais novietojums, lietotāja uzvedība, kanālu kropļojumi, vairāku ceļu atstarojumi un citas parādības var izraisīt pārraidītā elektromagnētiskā lauka leņķiskos kropļojumus.Sākotnēji būs 10 - 30 dB vai vairāk signāla šķērspolarizācijas "noplūde" no ortogonālās polarizācijas, kas dažos gadījumos var būt pietiekami, lai traucētu vēlamā signāla atgūšanu.
Turpretim faktiskais PLF divām saskaņotām antenām ar ideālu polarizāciju atkarībā no apstākļiem var būt 10 dB, 20 dB vai lielāks, un tas var kavēt signāla atjaunošanu.Citiem vārdiem sakot, neparedzēta šķērspolarizācija un PLF var darboties abos virzienos, traucējot vēlamajam signālam vai samazinot vēlamo signāla stiprumu.
Kāpēc rūpēties par polarizāciju?
Polarizācija darbojas divos veidos: jo vairāk izlīdzinātas divas antenas un tām ir vienāda polarizācija, jo labāks ir saņemtā signāla stiprums.Un otrādi, slikta polarizācijas izlīdzināšana apgrūtina uztvērējiem, gan paredzētiem, gan neapmierinātiem, uztvert pietiekami daudz interesējošā signāla.Daudzos gadījumos "kanāls" izkropļo pārraidīto polarizāciju, vai arī viena vai abas antenas nav fiksētā statiskā virzienā.
Izvēli, kuru polarizāciju izmantot, parasti nosaka uzstādīšana vai atmosfēras apstākļi.Piemēram, horizontāli polarizēta antena darbosies labāk un saglabās polarizāciju, ja tā tiks uzstādīta pie griestiem;un otrādi, vertikāli polarizēta antena darbosies labāk un saglabās savu polarizācijas veiktspēju, ja tā tiks uzstādīta pie sānu sienas.
Plaši izmantotā dipola antena (vienkārša vai salocīta) ir horizontāli polarizēta tās "parastajā" montāžas orientācijā (4. attēls) un bieži tiek pagriezta par 90 grādiem, lai pieņemtu vertikālo polarizāciju, kad tas ir nepieciešams, vai atbalstītu vēlamo polarizācijas režīmu (5. attēls).
4. attēls. Dipola antena parasti tiek uzstādīta horizontāli uz masta, lai nodrošinātu horizontālu polarizāciju
5. attēls. Lietojumprogrammām, kurām nepieciešama vertikāla polarizācija, dipola antenu var uzstādīt attiecīgi vietās, kur antena aizķeras
Vertikālo polarizāciju parasti izmanto rokas mobilajiem radioaparātiem, piemēram, tiem, kurus izmanto pirmie reaģētāji, jo daudzi vertikāli polarizēti radio antenu modeļi nodrošina arī daudzvirzienu starojuma modeli.Tāpēc šādas antenas nav jāpārorientē pat tad, ja mainās radio un antenas virziens.
3–30 MHz augstfrekvences (HF) antenas parasti tiek veidotas kā vienkārši gari vadi, kas savērti kopā horizontāli starp kronšteiniem.Tās garumu nosaka viļņa garums (10 - 100 m).Šāda veida antena ir dabiski horizontāli polarizēta.
Ir vērts atzīmēt, ka atsauce uz šo joslu kā "augsto frekvenci" sākās pirms gadu desmitiem, kad 30 MHz patiešām bija augsta frekvence.Lai gan šis apraksts tagad šķiet novecojis, tas ir oficiāls Starptautiskās telekomunikāciju savienības apzīmējums un joprojām tiek plaši izmantots.
Vēlamo polarizāciju var noteikt divos veidos: vai nu izmantojot zemes viļņus spēcīgākai neliela diapazona signalizācijai ar apraides aprīkojumu, izmantojot 300 kHz–3 MHz vidējo viļņu (MW) joslu, vai izmantojot debess viļņus garākiem attālumiem caur jonosfēras saiti.Vispārīgi runājot, vertikāli polarizētām antenām ir labāka zemes viļņu izplatīšanās, savukārt horizontāli polarizētām antenām ir labāka debess viļņu veiktspēja.
Cirkulārā polarizācija tiek plaši izmantota satelītiem, jo satelīta orientācija attiecībā pret zemes stacijām un citiem satelītiem pastāvīgi mainās.Efektivitāte starp raidīšanas un uztveršanas antenām ir vislielākā, ja abas ir cirkulāri polarizētas, bet lineāri polarizētas antenas var izmantot ar CP antenām, lai gan pastāv polarizācijas zuduma koeficients.
Polarizācija ir svarīga arī 5G sistēmām.Daži 5G vairāku ieeju/vairāku izeju (MIMO) antenu bloki nodrošina lielāku caurlaidspēju, izmantojot polarizāciju, lai efektīvāk izmantotu pieejamo spektru.Tas tiek panākts, izmantojot dažādu signālu polarizāciju un antenu telpisko multipleksēšanu (telpas dažādība).
Sistēma var pārraidīt divas datu plūsmas, jo datu straumes ir savienotas ar neatkarīgām ortogonāli polarizētām antenām un tās var atgūt neatkarīgi.Pat ja pastāv zināma šķērspolarizācija ceļa un kanālu kropļojumu, atstarojumu, daudzceļu un citu nepilnību dēļ, uztvērējs izmanto sarežģītus algoritmus, lai atgūtu katru sākotnējo signālu, kā rezultātā tiek nodrošināts zems bitu kļūdu līmenis (BER) un galu galā uzlabota spektra izmantošana.
noslēgumā
Polarizācija ir svarīga antenas īpašība, kas bieži tiek ignorēta.Lineārā (tostarp horizontālā un vertikālā) polarizācija, slīpā polarizācija, cirkulārā polarizācija un eliptiskā polarizācija tiek izmantota dažādiem lietojumiem.Antenas RF veiktspējas diapazons no gala līdz galam ir atkarīgs no tās relatīvās orientācijas un izlīdzināšanas.Standarta antenām ir dažādas polarizācijas un tās ir piemērotas dažādām spektra daļām, nodrošinot mērķa lietojumprogrammai vēlamo polarizāciju.
Ieteicamie produkti:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parametri | Tipiski | Vienības |
| Frekvenču diapazons | 20-30 | GHz |
| Iegūt | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tip. | |
| Polarizācija | Dual Lineārs | |
| Cross Pol.Izolācija | 60 Tip. | dB |
| Ostas izolācija | 70 Tip. | dB |
| Savienotājs | SMA-Femāle | |
| Materiāls | Al | |
| Apdare | Krāsa | |
| Izmērs(L*P*H) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Svars | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Lieta | Specifikācija | Vienība |
| Frekvenču diapazons | 1-18 | GHz |
| Iegūt | 10 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tip. | |
| Polarizācija | Lineārs | |
| Cross Po.Izolācija | 30 Tip. | dB |
| Savienotājs | SMA-sieviete | |
| Apdare | Pnav | |
| Materiāls | Al | |
| Izmērs(L*P*H) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Svars | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parametri | Tipiski | Vienības |
| Frekvenču diapazons | 2-18 | GHz |
| Iegūt | 15 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tip. |
|
| Polarizācija | Dual Lineārs |
|
| Cross Pol.Izolācija | 40 | dB |
| Ostas izolācija | 40 | dB |
| Savienotājs | SMA-F |
|
| Virsmas apstrāde | Pnav |
|
| Izmērs(L*P*H) | 276*147*147(±5) | mm |
| Svars | 0,945 | kg |
| Materiāls | Al |
|
| Darbības temperatūra | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parametri | Tipiski | Vienības |
| Frekvenču diapazons | 93-95 | GHz |
| Iegūt | 22 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tip. |
|
| Polarizācija | Dual Lineārs |
|
| Cross Pol.Izolācija | 60 Tip. | dB |
| Ostas izolācija | 67 Tip. | dB |
| Savienotājs | WR10 |
|
| Materiāls | Cu |
|
| Apdare | Zelta |
|
| Izmērs(L*P*H) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Svars | 0,015 | kg |
Publicēšanas laiks: 11.04.2024
