Електронните инженери знаят, че антените изпращат и приемат сигнали под формата на вълни с електромагнитна (ЕМ) енергия, описани от уравненията на Максуел. Както при много други теми, тези уравнения и свойствата на разпространение на електромагнетизма могат да бъдат изучавани на различни нива, от относително качествени термини до сложни уравнения.
Съществуват много аспекти на разпространението на електромагнитна енергия, един от които е поляризацията, която може да има различна степен на въздействие или безпокойство в приложенията и техните конструкции на антени. Основните принципи на поляризацията се отнасят за всички електромагнитни лъчения, включително радиочестотни/безжични, оптична енергия и често се използват в оптични приложения.
Какво е поляризация на антената?
Преди да разберем поляризацията, първо трябва да разберем основните принципи на електромагнитните вълни. Тези вълни са съставени от електрически полета (E полета) и магнитни полета (H полета) и се движат в една посока. E и H полетата са перпендикулярни едно на друго и на посоката на разпространение на равнинната вълна.
Поляризацията се отнася до равнината на електрическото поле от гледна точка на предавателя на сигнала: при хоризонтална поляризация електрическото поле ще се движи странично в хоризонталната равнина, докато при вертикална поляризация електрическото поле ще осцилира нагоре и надолу във вертикалната равнина (фигура 1).
Фигура 1: Електромагнитните енергийни вълни се състоят от взаимно перпендикулярни E и H компоненти на полето
Линейна поляризация и кръгова поляризация
Режимите на поляризация включват следното:
При основната линейна поляризация двете възможни поляризации са ортогонални (перпендикулярни) една на друга (Фигура 2). На теория, хоризонтално поляризирана приемна антена няма да „види“ сигнал от вертикално поляризирана антена и обратно, дори ако и двете работят на една и съща честота. Колкото по-добре са подравнени, толкова повече сигнал се улавя и преносът на енергия е максимален, когато поляризациите съвпадат.
Фигура 2: Линейната поляризация предлага две опции за поляризация, разположени под прав ъгъл една спрямо друга.
Косата поляризация на антената е вид линейна поляризация. Подобно на основната хоризонтална и вертикална поляризация, тази поляризация има смисъл само в земна среда. Косата поляризация е под ъгъл от ±45 градуса спрямо хоризонталната референтна равнина. Макар че това всъщност е просто друга форма на линейна поляризация, терминът „линейна“ обикновено се отнася само до хоризонтално или вертикално поляризирани антени.
Въпреки някои загуби, сигналите, изпращани (или приемани) от диагонална антена, са възможни само с хоризонтално или вертикално поляризирани антени. Косо поляризираните антени са полезни, когато поляризацията на едната или и двете антени е неизвестна или се променя по време на употреба.
Кръговата поляризация (CP) е по-сложна от линейната поляризация. В този режим поляризацията, представена от вектора на полето E, се върти с разпространението на сигнала. Когато се завърти надясно (гледайки от предавателя), кръговата поляризация се нарича дясна кръгова поляризация (RHCP); когато се завърти наляво, лява кръгова поляризация (LHCP) (Фигура 3)
Фигура 3: При кръгова поляризация, векторът на E полето на електромагнитната вълна се върти; това въртене може да бъде дясно или ляво.
CP сигналът се състои от две ортогонални вълни, които са извън фаза. За генериране на CP сигнал са необходими три условия. Електронното поле трябва да се състои от два ортогонални компонента; двата компонента трябва да са на 90 градуса извън фаза и с еднаква амплитуда. Един прост начин за генериране на CP е използването на спирална антена.
Елиптична поляризация (ЕП) е вид КП. Елиптично поляризираните вълни са усилването, получено от две линейно поляризирани вълни, подобни на КП вълните. Когато две взаимно перпендикулярни линейно поляризирани вълни с неравни амплитуди се комбинират, се получава елиптично поляризирана вълна.
Несъответствието в поляризацията между антените се описва от коефициента на поляризационни загуби (PLF). Този параметър се изразява в децибели (dB) и е функция на разликата в ъгъла на поляризация между предаващата и приемащата антени. Теоретично, PLF може да варира от 0 dB (без загуба) за перфектно насочена антена до безкрайно dB (безкрайна загуба) за перфектно ортогонална антена.
В действителност обаче, подравняването (или неподравняването) на поляризацията не е перфектно, тъй като механичното положение на антената, поведението на потребителя, изкривяването на канала, многопътните отражения и други явления могат да причинят известно ъглово изкривяване на предаваното електромагнитно поле. Първоначално ще има 10 - 30 dB или повече „изтичане“ на кръстосана поляризация на сигнала от ортогоналната поляризация, което в някои случаи може да е достатъчно, за да попречи на възстановяването на желания сигнал.
За разлика от това, действителната PLF (коефициент на налягане в антената) за две подравнени антени с идеална поляризация може да бъде 10 dB, 20 dB или по-голяма, в зависимост от обстоятелствата, и може да възпрепятства възстановяването на сигнала. С други думи, непреднамерената кръстосана поляризация и PLF могат да работят в двете посоки, като пречат на желания сигнал или намаляват желаната сила на сигнала.
Защо ни е грижа за поляризацията?
Поляризацията работи по два начина: колкото по-подравнени са двете антени и имат еднаква поляризация, толкова по-силна е приеманият сигнал. Обратно, лошото подравняване на поляризацията затруднява приемниците, независимо дали са предвидени или не, да уловят достатъчно от интересуващия ни сигнал. В много случаи „каналът“ изкривява предаваната поляризация или едната или и двете антени не са във фиксирана статична посока.
Изборът на поляризация обикновено се определя от инсталацията или атмосферните условия. Например, хоризонтално поляризирана антена ще работи по-добре и ще поддържа поляризацията си, когато е инсталирана близо до тавана; обратно, вертикално поляризирана антена ще работи по-добре и ще поддържа поляризацията си, когато е инсталирана близо до странична стена.
Широко използваната диполна антена (обикновена или сгъната) е хоризонтално поляризирана в своята „нормална“ монтажна ориентация (Фигура 4) и често се завърта на 90 градуса, за да се постигне вертикална поляризация, когато е необходимо, или за да се поддържа предпочитан режим на поляризация (Фигура 5).
Фигура 4: Диполната антена обикновено се монтира хоризонтално на мачтата си, за да осигури хоризонтална поляризация.
Фигура 5: За приложения, изискващи вертикална поляризация, диполната антена може да се монтира съответно там, където антената се захваща
Вертикалната поляризация обикновено се използва за преносими мобилни радиостанции, като тези, използвани от първите реагиращи, тъй като много вертикално поляризирани радиоантени осигуряват и всепосочен диаграм на излъчване. Следователно, такива антени не е необходимо да се преориентират, дори ако посоката на радиостанциите и антената се промени.
Високочестотните (HF) антени с обхват 3 - 30 MHz обикновено са конструирани като прости дълги проводници, нанизани хоризонтално между скоби. Дължината им се определя от дължината на вълната (10 - 100 m). Този тип антена е естествено хоризонтално поляризирана.
Заслужава да се отбележи, че наричането на тази лента „високочестотна“ е започнало преди десетилетия, когато 30 MHz наистина е било високочестотно. Въпреки че това описание сега изглежда остаряло, то е официално обозначение от Международния съюз по телекомуникации и все още се използва широко.
Предпочитаната поляризация може да се определи по два начина: или чрез използване на земни вълни за по-силна сигнализация на къси разстояния чрез излъчващо оборудване, използващо средно-вълновия (MW) диапазон от 300 kHz - 3 MHz, или чрез използване на небесни вълни за по-дълги разстояния през йоносферната връзка. Най-общо казано, вертикално поляризираните антени имат по-добро разпространение на земните вълни, докато хоризонтално поляризираните антени имат по-добри характеристики на небесни вълни.
Кръговата поляризация се използва широко за сателити, тъй като ориентацията на сателита спрямо наземните станции и други сателити постоянно се променя. Ефективността между предавателната и приемащата антена е най-голяма, когато и двете са кръгово поляризирани, но линейно поляризирани антени могат да се използват с CP антени, въпреки че има коефициент на загуба на поляризация.
Поляризацията е важна и за 5G системите. Някои 5G антенни решетки с множество входове/множество изходи (MIMO) постигат повишена пропускателна способност, като използват поляризация за по-ефективно използване на наличния спектър. Това се постига чрез комбинация от различни поляризации на сигнала и пространствено мултиплексиране на антените (пространствено разнообразие).
Системата може да предава два потока от данни, тъй като потоците от данни са свързани чрез независими ортогонално поляризирани антени и могат да бъдат възстановени независимо. Дори ако съществува известна кръстосана поляризация поради изкривяване на пътя и канала, отражения, многопътност и други несъвършенства, приемникът използва сложни алгоритми за възстановяване на всеки оригинален сигнал, което води до ниски нива на битови грешки (BER) и в крайна сметка подобрено използване на спектъра.
в заключение
Поляризацията е важно свойство на антената, което често се пренебрегва. Линейна (включително хоризонтална и вертикална) поляризация, наклонена поляризация, кръгова поляризация и елиптична поляризация се използват за различни приложения. Диапазонът на радиочестотните характеристики от край до край, които една антена може да постигне, зависи от нейната относителна ориентация и подравняване. Стандартните антени имат различна поляризация и са подходящи за различни части на спектъра, осигурявайки предпочитаната поляризация за целевото приложение.
Препоръчани продукти：
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Параметри | Типично | Единици |
| Честотен диапазон | 20-30 | GHz |
| Печалба | 15 Тип. | dBi |
| КСВ | 1.3 Тип. | |
| Поляризация | Двоен Линеен | |
| Кръстосана пол. изолация | 60 Тип. | dB |
| Изолация на портове | 70 Тип. | dB |
| Конектор | СМА-Fимейл | |
| Материал | Al | |
| Довършителни работи | Боя | |
| Размер(Д*Ш*В) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Тегло | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Елемент | Спецификация | Единица |
| Честотен диапазон | 1-18 | GHz |
| Печалба | 10 Тип. | dBi |
| КСВ | 1.5 Типично | |
| Поляризация | Линеен | |
| Кръстосана изолация на По | 30 Тип. | dB |
| Конектор | SMA-Жена | |
| Довършителни работи | Pне | |
| Материал | Al | |
| Размер(Д*Ш*В) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Тегло | 0.603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Параметри | Типично | Единици |
| Честотен диапазон | 2-18 | GHz |
| Печалба | 15 Тип. | dBi |
| КСВ | 1.5 Типично |
|
| Поляризация | Двоен Линеен |
|
| Кръстосана пол. изолация | 40 | dB |
| Изолация на портове | 40 | dB |
| Конектор | SMA-F |
|
| Повърхностна обработка | Pне |
|
| Размер(Д*Ш*В) | 276*147*147(±5) | mm |
| Тегло | 0.945 | kg |
| Материал | Al |
|
| Работна температура | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Параметри | Типично | Единици |
| Честотен диапазон | 93-95 | GHz |
| Печалба | 22 Тип. | dBi |
| КСВ | 1.3 Тип. |
|
| Поляризация | Двоен Линеен |
|
| Кръстосана пол. изолация | 60 Тип. | dB |
| Изолация на портове | 67 Тип. | dB |
| Конектор | WR10 |
|
| Материал | Cu |
|
| Довършителни работи | Златен |
|
| Размер(Д*Ш*В) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Тегло | 0,015 | kg |
Време на публикуване: 11 април 2024 г.
