Elektroniese ingenieurs weet dat antennas seine stuur en ontvang in die vorm van golwe van elektromagnetiese (EM) energie wat deur Maxwell se vergelykings beskryf word. Soos met baie onderwerpe, kan hierdie vergelykings, en die voortplanting, eienskappe van elektromagnetisme, op verskillende vlakke bestudeer word, van relatief kwalitatiewe terme tot komplekse vergelykings.
Daar is baie aspekte van die voortplanting van elektromagnetiese energie, waarvan een polarisasie is, wat verskillende grade van impak of kommer in toepassings en hul antenna-ontwerpe kan hê. Die basiese beginsels van polarisasie is van toepassing op alle elektromagnetiese straling, insluitend RF/draadlose optiese energie, en word dikwels in optiese toepassings gebruik.
Wat is antenna polarisasie?
Voordat ons polarisasie verstaan, moet ons eers die basiese beginsels van elektromagnetiese golwe verstaan. Hierdie golwe is saamgestel uit elektriese velde (E-velde) en magnetiese velde (H-velde) en beweeg in een rigting. Die E- en H-velde is loodreg op mekaar en op die rigting van vlakkegolfvoortplanting.
Polarisasie verwys na die E-veldvlak vanuit die perspektief van die seinsender: vir horisontale polarisasie sal die elektriese veld sywaarts in die horisontale vlak beweeg, terwyl vir vertikale polarisasie die elektriese veld op en af in die vertikale vlak sal ossilleer.( figuur 1).
Figuur 1: Elektromagnetiese energiegolwe bestaan uit onderling loodregte E- en H-veldkomponente
Lineêre polarisasie en sirkelpolarisasie
Polarisasiemodusse sluit die volgende in:
In basiese lineêre polarisasie is die twee moontlike polarisasies ortogonaal (loodreg) op mekaar (Figuur 2). In teorie sal 'n horisontaal gepolariseerde ontvangsantenna nie 'n sein vanaf 'n vertikaal gepolariseerde antenna "sien" nie en omgekeerd, selfs al werk albei op dieselfde frekwensie. Hoe beter hulle in lyn is, hoe meer sein word vasgevang, en energie-oordrag word gemaksimeer wanneer polarisasies ooreenstem.
Figuur 2: Lineêre polarisasie verskaf twee polarisasie-opsies reghoekig op mekaar
Die skuins polarisasie van die antenna is 'n tipe lineêre polarisasie. Soos basiese horisontale en vertikale polarisasie, maak hierdie polarisasie slegs sin in 'n aardse omgewing. Skuins polarisasie is teen 'n hoek van ±45 grade met die horisontale verwysingsvlak. Alhoewel dit eintlik net nog 'n vorm van lineêre polarisasie is, verwys die term "lineêr" gewoonlik net na horisontaal of vertikaal gepolariseerde antennas.
Ten spyte van sommige verliese, is seine wat deur 'n diagonale antenna gestuur (of ontvang word) haalbaar met slegs horisontaal of vertikaal gepolariseerde antennas. Skuins gepolariseerde antennas is nuttig wanneer die polarisasie van een of albei antennas onbekend is of verander tydens gebruik.
Sirkulêre polarisasie (CP) is meer kompleks as lineêre polarisasie. In hierdie modus roteer die polarisasie wat deur die E-veldvektor voorgestel word soos die sein voortplant. Wanneer dit na regs gedraai word (met uitkyk vanaf die sender), word sirkelpolarisasie regshandige sirkelpolarisasie (RHCP) genoem; wanneer na links gedraai word, linkshandige sirkelpolarisasie (LHCP) (Figuur 3)
Figuur 3: In sirkelpolarisasie roteer die E-veldvektor van 'n elektromagnetiese golf; hierdie rotasie kan regshandig of linkshandig wees
'n CP-sein bestaan uit twee ortogonale golwe wat uit fase is. Drie toestande word vereis om 'n CP-sein te genereer. Die E-veld moet uit twee ortogonale komponente bestaan; die twee komponente moet 90 grade uit fase en gelyk in amplitude wees. 'n Eenvoudige manier om CP te genereer is om 'n heliese antenna te gebruik.
Elliptiese polarisasie (EP) is 'n tipe CP. Ellipties gepolariseerde golwe is die wins wat geproduseer word deur twee lineêr gepolariseerde golwe, soos CP golwe. Wanneer twee onderling loodregte lineêr gepolariseerde golwe met ongelyke amplitudes gekombineer word, word 'n ellipties gepolariseerde golf geproduseer.
Die polarisasie-wanverhouding tussen antennas word beskryf deur die polarisasieverliesfaktor (PLF). Hierdie parameter word uitgedruk in desibels (dB) en is 'n funksie van die verskil in polarisasiehoek tussen die uitsaai- en ontvangantennas. Teoreties kan die PLF wissel van 0 dB (geen verlies) vir 'n perfek belynde antenna tot oneindige dB (oneindige verlies) vir 'n perfek ortogonale antenna.
In werklikheid is die belyning (of wanbelyning) van polarisasie egter nie perfek nie omdat die meganiese posisie van die antenna, gebruikersgedrag, kanaalvervorming, meerpadrefleksies en ander verskynsels 'n mate van hoekvervorming van die uitgesaaide elektromagnetiese veld kan veroorsaak. Aanvanklik sal daar 10 - 30 dB of meer van seinkruispolarisasie "lekkasie" wees vanaf die ortogonale polarisasie, wat in sommige gevalle genoeg kan wees om in te meng met die herstel van die verlangde sein.
Daarteenoor kan die werklike PLF vir twee belynde antennas met ideale polarisasie 10 dB, 20 dB of meer wees, afhangende van die omstandighede, en kan seinherstel belemmer. Met ander woorde, onbedoelde kruispolarisasie en PLF kan beide maniere werk deur in te meng met die verlangde sein of die verlangde seinsterkte te verminder.
Hoekom omgee vir polarisasie?
Polarisasie werk op twee maniere: hoe meer in lyn twee antennas is en dieselfde polarisasie het, hoe beter is die sterkte van die ontvangde sein. Omgekeerd maak swak polarisasiebelyning dit moeiliker vir ontvangers, hetsy bedoel of ontevrede, om genoeg van die sein van belang op te vang. In baie gevalle verdraai die "kanaal" die uitgesaaide polarisasie, of een of albei antennas is nie in 'n vaste statiese rigting nie.
Die keuse van watter polarisasie om te gebruik word gewoonlik bepaal deur die installasie of atmosferiese toestande. Byvoorbeeld, 'n horisontaal gepolariseerde antenna sal beter presteer en sy polarisasie handhaaf wanneer dit naby die plafon geïnstalleer word; omgekeerd sal 'n vertikaal gepolariseerde antenna beter presteer en sy polarisasieprestasie behou wanneer dit naby 'n symuur geïnstalleer word.
Die algemeen gebruikte dipoolantenna (eenvoudig of gevou) is horisontaal gepolariseer in sy "normale" monteeroriëntasie (Figuur 4) en word dikwels 90 grade gedraai om vertikale polarisasie aan te neem wanneer nodig of om 'n voorkeurpolarisasiemodus te ondersteun (Figuur 5).
Figuur 4: 'n Dipoolantenna word gewoonlik horisontaal op sy mas gemonteer om horisontale polarisasie te verskaf
Figuur 5: Vir toepassings wat vertikale polarisasie vereis, kan die dipool antenna dienooreenkomstig gemonteer word waar die antenna vang
Vertikale polarisasie word algemeen gebruik vir draagbare mobiele radio's, soos dié wat deur eerste reageerders gebruik word, omdat baie vertikaal gepolariseerde radio-antenna-ontwerpe ook 'n omnirigting-stralingspatroon verskaf. Daarom hoef sulke antennas nie geheroriënteer te word nie al verander die rigting van die radio en antenna.
3 - 30 MHz hoë frekwensie (HF) frekwensie antennas word tipies gebou as eenvoudige lang drade wat horisontaal tussen hakies aanmekaar gespan is. Die lengte daarvan word bepaal deur die golflengte (10 - 100 m). Hierdie tipe antenna is natuurlik horisontaal gepolariseer.
Dit is opmerklik dat die verwysing na hierdie band as "hoë frekwensie" dekades gelede begin het, toe 30 MHz inderdaad hoë frekwensie was. Alhoewel hierdie beskrywing nou verouderd blyk te wees, is dit 'n amptelike benaming deur die Internasionale Telekommunikasie Unie en word dit steeds wyd gebruik.
Die voorkeurpolarisasie kan op twee maniere bepaal word: óf die gebruik van grondgolwe vir sterker kortafstandsein deur uitsaaitoerusting wat die 300 kHz - 3 MHz mediumgolf (MW) band gebruik, óf die gebruik van luggolwe vir langer afstande deur die ionosfeerskakel. Oor die algemeen het vertikaal gepolariseerde antennas beter grondgolfvoortplanting, terwyl horisontaal gepolariseerde antennas beter luggolfprestasie het.
Sirkulêre polarisasie word wyd gebruik vir satelliete omdat die satelliet se oriëntasie relatief tot grondstasies en ander satelliete voortdurend verander. Doeltreffendheid tussen stuur- en ontvangantennas is die grootste wanneer albei sirkelvormig gepolariseer is, maar lineêr gepolariseerde antennas kan met CP-antennas gebruik word, alhoewel daar 'n polarisasieverliesfaktor is.
Polarisasie is ook belangrik vir 5G-stelsels. Sommige 5G-meervoudige-insette/veelvuldige-uitset (MIMO) antenna-skikkings bereik verhoogde deurset deur polarisasie te gebruik om die beskikbare spektrum meer doeltreffend te benut. Dit word bereik deur 'n kombinasie van verskillende seinpolarisasies en ruimtelike multipleksing van die antennas (ruimtediversiteit) te gebruik.
Die stelsel kan twee datastrome oordra omdat die datastrome deur onafhanklike ortogonaal gepolariseerde antennas verbind word en onafhanklik herwin kan word. Selfs al bestaan daar 'n mate van kruispolarisasie as gevolg van pad- en kanaalvervorming, refleksies, meerpad- en ander onvolmaakthede, gebruik die ontvanger gesofistikeerde algoritmes om elke oorspronklike sein te herstel, wat lei tot lae bisfouttempo's (BER) en uiteindelik verbeterde spektrumbenutting.
ten slotte
Polarisasie is 'n belangrike antenna-eienskap wat dikwels oor die hoof gesien word. Lineêre (insluitend horisontale en vertikale) polarisasie, skuins polarisasie, sirkelpolarisasie en elliptiese polarisasie word vir verskillende toepassings gebruik. Die omvang van end-tot-end RF-werkverrigting wat 'n antenna kan bereik, hang af van sy relatiewe oriëntasie en belyning. Standaard antennas het verskillende polarisasies en is geskik vir verskillende dele van die spektrum, wat die voorkeurpolarisasie vir die teikentoepassing verskaf.
Produkte aanbeveel:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parameters | Tipies | Eenhede |
| Frekwensiereeks | 20-30 | GHz |
| Wins | 15 Tipe. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipe. | |
| Polarisasie | Dubbel Lineêr | |
| Kruis Pol. Isolasie | 60 Tipe. | dB |
| Port isolasie | 70 Tipe. | dB |
| Koppelaar | SMA-Femal | |
| Materiaal | Al | |
| Afwerking | Verf | |
| Grootte(L*B*H) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Gewig | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Item | Spesifikasie | Eenheid |
| Frekwensiereeks | 1-18 | GHz |
| Wins | 10 Tipe. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tipe. | |
| Polarisasie | Lineêr | |
| Kruis Po. Isolasie | 30 Tipe. | dB |
| Koppelaar | SMA-Vroulik | |
| Afwerking | Pnie | |
| Materiaal | Al | |
| Grootte(L*B*H) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Gewig | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parameters | Tipies | Eenhede |
| Frekwensiereeks | 2-18 | GHz |
| Wins | 15 Tipe. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tipe. |
|
| Polarisasie | Dubbel Lineêr |
|
| Kruis Pol. Isolasie | 40 | dB |
| Port isolasie | 40 | dB |
| Koppelaar | SMA-F |
|
| Oppervlakbehandeling | Pnie |
|
| Grootte(L*B*H) | 276*147*147(±5) | mm |
| Gewig | 0,945 | kg |
| Materiaal | Al |
|
| Bedryfstemperatuur | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parameters | Tipies | Eenhede |
| Frekwensiereeks | 93-95 | GHz |
| Wins | 22 Tipe. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipe. |
|
| Polarisasie | Dubbel Lineêr |
|
| Kruis Pol. Isolasie | 60 Tipe. | dB |
| Port isolasie | 67 Tipe. | dB |
| Koppelaar | WR10 |
|
| Materiaal | Cu |
|
| Afwerking | Goue |
|
| Grootte(L*B*H) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Gewig | 0,015 | kg |
Postyd: 11-Apr-2024
