Електронните инженери знаят, че антените изпращат и получават сигнали под формата на вълни от електромагнитна (EM) енергия, описана от уравненията на Максуел. Както при много теми, тези уравнения и свойствата на разпространението на електромагнетизма могат да се изучават на различни нива, от относително качествени термини до сложни уравнения.
Има много аспекти на разпространението на електромагнитната енергия, един от които е поляризацията, която може да има различна степен на въздействие или загриженост в приложенията и дизайна на техните антени. Основните принципи на поляризацията се прилагат за всички електромагнитни лъчения, включително RF/безжична, 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. Полетата E и H са перпендикулярни едно на друго и на посоката на разпространение на равнинната вълна.
Поляризацията се отнася до равнината на електронното поле от гледна точка на предавателя на сигнала: при хоризонтална поляризация електрическото поле ще се движи настрани в хоризонталната равнина, докато при вертикална поляризация електрическото поле ще осцилира нагоре и надолу във вертикалната равнина.( фигура 1).
Фигура 1: Вълните на електромагнитната енергия 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 спрямо друга (Фигура 2). На теория хоризонтално поляризирана приемна антена няма да "види" сигнал от вертикално поляризирана антена и обратно, дори и двете да работят на една и съща честота. Колкото по-добре са подравнени, толкова повече сигнал се улавя и трансферът на енергия се максимизира, когато поляризациите съвпадат.
Фигура 2: Линейната поляризация предоставя две опции за поляризация под прав ъгъл една спрямо друга
Наклонената поляризация на антената е вид линейна поляризация. Подобно на основната хоризонтална и вертикална поляризация, тази поляризация има смисъл само в земна среда. Наклонената поляризация е под ъгъл от ±45 градуса спрямо хоризонталната референтна равнина. Докато това наистина е просто друга форма на линейна поляризация, терминът "линеен" обикновено се отнася само за хоризонтално или вертикално поляризирани антени.
Въпреки някои загуби, сигналите, изпратени (или получени) от диагонална антена, са възможни само с хоризонтално или вертикално поляризирани антени. Антените с наклонена поляризация са полезни, когато поляризацията на едната или и на 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, докато сигналът се разпространява. 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 полето E на електромагнитна вълна се върти; това въртене може да бъде дясно или ляво
CP сигналът се състои от две ортогонални вълни, които не са във фаза. Необходими са три условия за генериране на CP сигнал. Полето E трябва да се състои от два ортогонални компонента; двата компонента трябва да са извън фазата на 90 градуса и еднакви по амплитуда. Лесен начин за генериране на CP е използването на спирална антена.
Елиптична поляризация (EP) е вид CP. Елиптично поляризираните вълни са печалбата, произведена от две линейно поляризирани вълни, като CP вълните. Когато се комбинират две взаимно перпендикулярни линейно поляризирани вълни с различни амплитуди, се получава елиптично поляризирана вълна.
Несъответствието на поляризацията между антените се описва от фактора на загуба на поляризация (PLF). Този параметър се изразява в децибели (dB) и е функция на разликата в поляризационния ъгъл между предавателната и приемащата антени. Теоретично, PLF може да варира от 0 dB (без загуба) за идеално настроена антена до безкрайни dB (безкрайна загуба) за идеално ортогонална антена.
В действителност обаче подравняването (или разместването) на поляризацията не е перфектно, тъй като механичната позиция на антената, поведението на потребителя, изкривяването на канала, многолъчевите 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.
Обратно, действителният PLF за две насочени антени с идеална поляризация може да бъде 10 dB, 20 dB или повече, в зависимост от обстоятелствата, и може да попречи на възстановяването на сигнала. С други думи, нежеланата кръстосана поляризация и PLF могат да работят и в двете посоки, като пречат на желания сигнал или намаляват желаната сила на сигнала.
Защо се интересувате от поляризацията?
Поляризацията работи по два начина: колкото по-подравнени са двете антени и имат еднаква поляризация, толкова по-добра е силата на получения сигнал. Обратно, лошото подравняване на поляризацията прави по-трудно за приемниците, било то предвидени или неудовлетворени, да уловят достатъчно от сигнала, който представлява интерес. В много случаи "каналът" изкривява предаваната поляризация или едната или и двете антени не са във фиксирана статична посока.
Изборът коя поляризация да се използва 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 поляризираната антена ще работи по-добре и ще поддържа своята поляризация, 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 приеме вертикална поляризация, когато е необходимо, или да поддържа предпочитан режим на поляризация (Фигура 5).
Фигура 4: Диполна антена обикновено се монтира хоризонтално на нейната мачта, за да осигури хоризонтална поляризация
Фигура 5: За приложения, изискващи вертикална поляризация, диполната антена може да се монтира съответно на мястото, където антената се захваща
Вертикалната поляризация обикновено се използва за ръчни мобилни радиостанции, като тези, използвани от лицата за първа помощ, тъй като много дизайни на вертикално поляризирани радиоантени също осигуряват всепосочен модел на излъчване. Следователно, такива антени не трябва да се преориентират дори ако посоката на радиото и антената се промени.
3 - 30 MHz високочестотни (HF) честотни антени обикновено са конструирани като прости дълги проводници, нанизани хоризонтално между скоби. Дължината му се определя от дължината на вълната (10 - 100 m). Този тип антена е естествено хоризонтално поляризирана.
Струва си да се отбележи, че споменаването на тази лента като "висока честота" започна преди десетилетия, когато 30 MHz наистина беше висока честота. Въпреки че сега това описание изглежда остаряло, то е официално обозначение от Международния съюз по телекомуникации и все още се използва широко.
Предпочитаната поляризация може да бъде определена по два начина: или използване на земни вълни за по-силно сигнализиране на къси разстояния чрез оборудване за излъчване, използващо 300 kHz - 3 MHz средна вълна (MW), или използване на небесни вълни за по-големи разстояния през йоносферната връзка. Най-общо казано, вертикално поляризираните антени имат по-добро разпространение на земните вълни, докато хоризонтално поляризираните антени имат по-добро представяне на небесните вълни.
Кръговата поляризация се използва широко за сателитите, тъй като ориентацията на сателита спрямо наземните станции и други сателити непрекъснато се променя. Ефективността между предавателната и приемащата антени е най-голяма, когато и двете са кръгово поляризирани, но линейно поляризираните антени могат да се използват с CP антени, въпреки че има фактор на загуба на поляризация.
Поляризацията също е важна за 5G системите. Някои 5G антенни решетки с множество входове/много изходи (MIMO) постигат повишена пропускателна способност чрез използване на 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 с независими ортогонално поляризирани антени и могат да бъдат възстановени независимо. Дори ако съществува някаква кръстосана поляризация поради изкривяване на пътя и канала, отражения, многолъчево излъчване и други несъвършенства, приемникът използва усъвършенствани алгоритми за възстановяване на всеки оригинален сигнал, което води до ниски нива на битова грешка (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. Обхватът на радиочестотните характеристики от край до край, които една антена може да постигне, зависи от нейната относителна ориентация и подравняване. Стандартните антени имат различни поляризации и са подходящи за различни части от спектъра, като осигуряват предпочитаната поляризация за целевото приложение.
Препоръчителни продукти:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Параметри | Типично | единици |
| Честотен диапазон | 20-30 | GHz |
| печалба | 15 Тип. | dBi |
| КСВ | 1.3 Тип. | |
| Поляризация | Двойна Линеен | |
| Cross Pol. Изолация | 60 Тип. | dB |
| Изолация на порта | 70 Тип. | dB |
| Конектор | SMA-Fжена | |
| Материал | Al | |
| Довършителни работи | Боядисвайте | |
| Размер(Д*Ш*В) | 83.9*39.6*69.4(±5) | mm |
| Тегло | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Артикул | Спецификация | единица |
| Честотен диапазон | 1-18 | GHz |
| печалба | 10 Тип. | dBi |
| КСВ | 1.5 Тип. | |
| Поляризация | Линеен | |
| Кръст По. Изолация | 30 Тип. | dB |
| Конектор | SMA-Жена | |
| Довършителни работи | Pне е | |
| 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 Тип. |
|
| Поляризация | Двойна Линеен |
|
| Cross Pol. Изолация | 40 | dB |
| Изолация на порта | 40 | dB |
| Конектор | SMA-F |
|
| Повърхностна обработка | Pне е |
|
| 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 | Двойна Линеен |
|
| Cross Pol. Изолация | 60 Тип. | dB |
| Изолация на порта | 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
