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 voortplantingseienskappe van elektromagnetisme, op verskillende vlakke bestudeer word, van relatief kwalitatiewe terme tot komplekse vergelykings.
Daar is baie aspekte aan elektromagnetiese energievoortplanting, 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/draadloos, optiese energie, en word dikwels in optiese toepassings gebruik.
Wat is antennapolarisasie?
Voordat ons polarisasie verstaan, moet ons eers die basiese beginsels van elektromagnetiese golwe verstaan. Hierdie golwe bestaan 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 vlakgolfvoortplanting.
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 die elektriese veld vir vertikale polarisasie 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 sirkelvormige polarisasie
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 ontvangantenne nie 'n sein van 'n vertikaal gepolariseerde antenna "sien" nie, en andersom, selfs al werk albei teen dieselfde frekwensie. Hoe beter hulle in lyn is, hoe meer sein word vasgelê, en energie-oordrag word gemaksimeer wanneer polarisasies ooreenstem.
Figuur 2: Lineêre polarisasie bied twee polarisasie-opsies reghoekig met 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 slegs na horisontaal of vertikaal gepolariseerde antennas.
Ten spyte van sommige verliese, is seine wat deur 'n diagonale antenna gestuur (of ontvang) word, slegs moontlik met horisontaal of vertikaal gepolariseerde antennas. Skuins gepolariseerde antennas is nuttig wanneer die polarisasie van een of albei antennas onbekend is of tydens gebruik verander.
Sirkulêre polarisasie (KP) is meer kompleks as lineêre polarisasie. In hierdie modus roteer die polarisasie wat deur die E-veldvektor verteenwoordig word soos die sein voortplant. Wanneer dit na regs gedraai word (uitkyk vanaf die sender), word sirkelvormige polarisasie regshandige sirkelvormige polarisasie (RHCP) genoem; wanneer dit na links gedraai word, word dit linkshandige sirkelvormige polarisasie (LHCP) genoem (Figuur 3).
Figuur 3: In sirkelvormige polarisasie roteer die E-veldvektor van 'n elektromagnetiese golf; hierdie rotasie kan regshandig of linkshandig wees.
'n KP-sein bestaan uit twee ortogonale golwe wat uit fase is. Drie voorwaardes word vereis om 'n KP-sein te genereer. Die E-veld moet uit twee ortogonale komponente bestaan; die twee komponente moet 90 grade uit fase wees en gelyk in amplitude wees. 'n Eenvoudige manier om KP te genereer, is om 'n heliese antenna te gebruik.
Elliptiese polarisasie (EP) is 'n tipe KP. Ellipties gepolariseerde golwe is die wins wat geproduseer word deur twee lineêr gepolariseerde golwe, soos KP-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 desibel (dB) en is 'n funksie van die verskil in polarisasiehoek tussen die sender- en ontvangantennas. Teoreties kan die PLF wissel van 0 dB (geen verlies) vir 'n perfek gerigte antenna tot oneindige dB (oneindige verlies) vir 'n perfek ortogonale antenna.
In werklikheid is die belyning (of wanbelyning) van polarisasie egter nie perfek nie, want die meganiese posisie van die antenna, gebruikersgedrag, kanaalvervorming, meerpadrefleksies en ander verskynsels kan 'n mate van hoekvervorming van die oorgedra elektromagnetiese veld veroorsaak. Aanvanklik sal daar 10 - 30 dB of meer sein-kruispolarisasie-"lekkasie" vanaf die ortogonale polarisasie wees, wat in sommige gevalle genoeg kan wees om die herstel van die verlangde sein te belemmer.
In teenstelling hiermee kan die werklike PLF vir twee gerigte antennas met ideale polarisasie 10 dB, 20 dB of groter wees, afhangende van die omstandighede, en kan dit seinherstel belemmer. Met ander woorde, onbedoelde kruispolarisasie en PLF kan beide kante toe werk deur met die verlangde sein te meng of die verlangde seinsterkte te verminder.
Waarom 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 polarisasie-inlyning dit moeiliker vir ontvangers, hetsy bedoel of ontevrede, om genoeg van die sein van belang vas te vang. In baie gevalle verdraai die "kanaal" die oorgedra 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 behou wanneer dit naby die plafon geïnstalleer word; omgekeerd sal 'n vertikaal gepolariseerde antenna beter presteer en sy polarisasieprestasie behou wanneer dit naby 'n sywand geïnstalleer word.
Die wydgebruikte dipoolantenna (gewone of gevoude) is horisontaal gepolariseer in sy "normale" monteringsoriëntasie (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 dipoolantenna dienooreenkomstig gemonteer word waar die antenna vashaak
Vertikale polarisasie word algemeen gebruik vir handradio's, soos dié wat deur nooddienste gebruik word, omdat baie vertikaal gepolariseerde radioantenna-ontwerpe ook 'n omnidireksionele stralingspatroon bied. Daarom hoef sulke antennas nie heroriënteer te word nie, selfs al verander die rigting van die radio en antenna.
3 - 30 MHz hoëfrekwensie (HF) frekwensie-antennas word tipies gebou as eenvoudige lang drade wat horisontaal tussen hakies aanmekaar gespan word. Die lengte daarvan word bepaal deur die golflengte (10 - 100 m). Hierdie tipe antenna is natuurlik horisontaal gepolariseer.
Dit is die moeite werd om daarop te let 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 lyk, 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 deur grondgolwe te gebruik vir sterker kortafstand-seintransduksie deur uitsaaitoerusting wat die 300 kHz - 3 MHz mediumgolf (MW) band gebruik, óf deur luggolwe vir langer afstande deur die ionosfeerskakel te gebruik. 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 sender- en ontvangantennas is die grootste wanneer beide sirkulêr 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-veelvuldige-inset/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 multipleksering van die antennas (ruimtediversiteit).
Die stelsel kan twee datastrome oordra omdat die datastrome deur onafhanklike ortogonaal gepolariseerde antennas verbind is en onafhanklik herwin kan word. Selfs al bestaan daar 'n mate van kruispolarisasie as gevolg van pad- en kanaalvervorming, refleksies, multipad en ander onvolmaakthede, gebruik die ontvanger gesofistikeerde algoritmes om elke oorspronklike sein te herwin, wat lei tot lae bitfoutkoerse (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, sirkelvormige polarisasie en elliptiese polarisasie word vir verskillende toepassings gebruik. Die reeks end-tot-end RF-prestasie wat 'n antenna kan bereik, hang af van die relatiewe oriëntasie en belyning daarvan. Standaard antennas het verskillende polarisasies en is geskik vir verskillende dele van die spektrum, wat die voorkeurpolarisasie vir die teikentoepassing bied.
Produkte Aanbeveel:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parameters | Tipies | Eenhede |
| Frekwensiebereik | 20-30 | GHz |
| Wins | 15 Tipiese. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipiese. | |
| Polarisasie | Dubbel Lineêr | |
| Kruispol. Isolasie | 60 Tipiese. | dB |
| Hawe-isolasie | 70 Tipiese. | dB |
| Verbinder | SMA-Fe-pos | |
| 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 |
| Frekwensiebereik | 1-18 | GHz |
| Wins | 10 Tipiese. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tipiese. | |
| Polarisasie | Lineêr | |
| Kruis Po. Isolasie | 30 Tipiese. | dB |
| Verbinder | SMA-Vroulik | |
| Afwerking | Pis | |
| Materiaal | Al | |
| Grootte(L*B*H) | 182.4*185.1*116.6±5) | mm |
| Gewig | 0.603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parameters | Tipies | Eenhede |
| Frekwensiebereik | 2-18 | GHz |
| Wins | 15 Tipiese. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tipiese. |
|
| Polarisasie | Dubbel Lineêr |
|
| Kruispol. Isolasie | 40 | dB |
| Hawe-isolasie | 40 | dB |
| Verbinder | SMA-F |
|
| Oppervlakbehandeling | Pis |
|
| 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 |
| Frekwensiebereik | 93-95 | GHz |
| Wins | 22 Tipiese. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipiese. |
|
| Polarisasie | Dubbel Lineêr |
|
| Kruispol. Isolasie | 60 Tipiese. | dB |
| Hawe-isolasie | 67 Tipiese. | dB |
| Verbinder | WR10 |
|
| Materiaal | Cu |
|
| Afwerking | Goue |
|
| Grootte(L*B*H) | 69.3*19.1*21.2 (±5) | mm |
| Gewig | 0.015 | kg |
Plasingstyd: 11 Apr 2024
