Els enginyers electrònics saben que les antenes envien i reben senyals en forma d'ones d'energia electromagnètica (EM) descrites per les equacions de Maxwell. Com passa amb molts temes, aquestes equacions i les propietats de propagació de l'electromagnetisme es poden estudiar a diferents nivells, des de termes relativament qualitatius fins a equacions complexes.
Hi ha molts aspectes en la propagació de l'energia electromagnètica, un dels quals és la polarització, que pot tenir diversos graus d'impacte o preocupació en les aplicacions i els seus dissenys d'antenes. Els principis bàsics de la polarització s'apliquen a tota la radiació electromagnètica, inclosa la radiofreqüència/sense fil, l'energia òptica, i sovint s'utilitzen en aplicacions òptiques.
Què és la polarització d'una antena?
Abans d'entendre la polarització, primer hem d'entendre els principis bàsics de les ones electromagnètiques. Aquestes ones estan compostes de camps elèctrics (camps E) i camps magnètics (camps H) i es mouen en una direcció. Els camps E i H són perpendiculars entre si i a la direcció de propagació de l'ona plana.
La polarització es refereix al pla del camp E des de la perspectiva del transmissor de senyal: per a la polarització horitzontal, el camp elèctric es mourà lateralment en el pla horitzontal, mentre que per a la polarització vertical, el camp elèctric oscil·larà amunt i avall en el pla vertical (figura 1).
Figura 1: Les ones d'energia electromagnètica consisteixen en components de camp E i H mútuament perpendiculars
Polarització lineal i polarització circular
Els modes de polarització inclouen els següents:
En la polarització lineal bàsica, les dues possibles polaritzacions són ortogonals (perpendiculars) entre si (Figura 2). En teoria, una antena receptora polaritzada horitzontalment no "veurà" un senyal d'una antena polaritzada verticalment i viceversa, fins i tot si ambdues operen a la mateixa freqüència. Com millor estiguin alineades, més senyal es capturarà i la transferència d'energia es maximitzarà quan les polaritzacions coincideixen.
Figura 2: La polarització lineal proporciona dues opcions de polarització en angle recte entre si.
La polarització obliqua de l'antena és un tipus de polarització lineal. Igual que la polarització horitzontal i vertical bàsica, aquesta polarització només té sentit en un entorn terrestre. La polarització obliqua és en un angle de ±45 graus respecte al pla de referència horitzontal. Tot i que en realitat només és una altra forma de polarització lineal, el terme "lineal" normalment només es refereix a antenes polaritzades horitzontalment o verticalment.
Malgrat algunes pèrdues, els senyals enviats (o rebuts) per una antena diagonal són factibles només amb antenes polaritzades horitzontalment o verticalment. Les antenes polaritzades obliquament són útils quan la polarització d'una o ambdues antenes és desconeguda o canvia durant l'ús.
La polarització circular (CP) és més complexa que la polarització lineal. En aquest mode, la polarització representada pel vector de camp E gira a mesura que el senyal es propaga. Quan es gira cap a la dreta (mirant des del transmissor), la polarització circular s'anomena polarització circular dretana (RHCP); quan es gira cap a l'esquerra, polarització circular esquerrana (LHCP) (Figura 3)
Figura 3: En la polarització circular, el vector de camp E d'una ona electromagnètica gira; aquesta rotació pot ser dextrògica o esquerrògica.
Un senyal CP consisteix en dues ones ortogonals que estan desfasades. Es requereixen tres condicions per generar un senyal CP. El camp E ha de constar de dos components ortogonals; els dos components han d'estar 90 graus desfasats i tenir la mateixa amplitud. Una manera senzilla de generar CP és utilitzar una antena helicoïdal.
La polarització el·líptica (EP) és un tipus de CP. Les ones polaritzades el·lípticament són el guany produït per dues ones polaritzades linealment, com les ones CP. Quan es combinen dues ones polaritzades linealment mútuament perpendiculars amb amplituds desiguals, es produeix una ona polaritzada el·lípticament.
La discrepància de polarització entre antenes es descriu mitjançant el factor de pèrdua de polarització (PLF). Aquest paràmetre s'expressa en decibels (dB) i és una funció de la diferència en l'angle de polarització entre les antenes transmissora i receptora. Teòricament, el PLF pot variar des de 0 dB (sense pèrdua) per a una antena perfectament alineada fins a infinits dB (pèrdua infinita) per a una antena perfectament ortogonal.
En realitat, però, l'alineació (o desalineació) de la polarització no és perfecta perquè la posició mecànica de l'antena, el comportament de l'usuari, la distorsió del canal, les reflexions multicamí i altres fenòmens poden causar certa distorsió angular del camp electromagnètic transmès. Inicialment, hi haurà de 10 a 30 dB o més de "fuita" de polarització creuada del senyal des de la polarització ortogonal, que en alguns casos pot ser suficient per interferir amb la recuperació del senyal desitjat.
En canvi, el PLF real per a dues antenes alineades amb polarització ideal pot ser de 10 dB, 20 dB o més, depenent de les circumstàncies, i pot dificultar la recuperació del senyal. En altres paraules, la polarització creuada no intencionada i el PLF poden funcionar en ambdós sentits interferint amb el senyal desitjat o reduint la intensitat del senyal desitjada.
Per què importa la polarització?
La polarització funciona de dues maneres: com més alineades estiguin dues antenes i tinguin la mateixa polarització, millor serà la intensitat del senyal rebut. Per contra, una mala alineació de la polarització fa que sigui més difícil per als receptors, ja siguin previstos o insatisfets, capturar prou senyal d'interès. En molts casos, el "canal" distorsiona la polarització transmesa, o una o ambdues antenes no es troben en una direcció estàtica fixa.
L'elecció de quina polarització utilitzar sol estar determinada per la instal·lació o les condicions atmosfèriques. Per exemple, una antena polaritzada horitzontalment funcionarà millor i mantindrà la seva polarització quan s'instal·li a prop del sostre; per contra, una antena polaritzada verticalment funcionarà millor i mantindrà el seu rendiment de polarització quan s'instal·li a prop d'una paret lateral.
L'antena dipol àmpliament utilitzada (plana o plegada) està polaritzada horitzontalment en la seva orientació de muntatge "normal" (Figura 4) i sovint es gira 90 graus per assumir la polarització vertical quan cal o per admetre un mode de polarització preferit (Figura 5).
Figura 4: Una antena dipol normalment es munta horitzontalment al seu pal per proporcionar polarització horitzontal.
Figura 5: Per a aplicacions que requereixen polarització vertical, l'antena dipol es pot muntar en conseqüència on l'antena s'enganxa.
La polarització vertical s'utilitza habitualment per a ràdios mòbils portàtils, com les que utilitzen els serveis d'emergència, perquè molts dissenys d'antenes de ràdio amb polarització vertical també proporcionen un patró de radiació omnidireccional. Per tant, aquestes antenes no s'han de reorientar encara que la direcció de la ràdio i l'antena canviï.
Les antenes d'alta freqüència (HF) de 3 a 30 MHz es construeixen normalment com a simples cables llargs units horitzontalment entre suports. La seva longitud està determinada per la longitud d'ona (10-100 m). Aquest tipus d'antena està polaritzada horitzontalment de manera natural.
Val a dir que referir-se a aquesta banda com a "alta freqüència" va començar fa dècades, quan 30 MHz era realment alta freqüència. Tot i que aquesta descripció ara sembla desactualitzada, és una designació oficial de la Unió Internacional de Telecomunicacions i encara s'utilitza àmpliament.
La polarització preferida es pot determinar de dues maneres: o bé utilitzant ones terrestres per a una senyalització de curt abast més forta mitjançant equips de radiodifusió que utilitzen la banda d'ona mitjana (MW) de 300 kHz a 3 MHz, o bé utilitzant ones celestes per a distàncies més llargues a través de l'enllaç ionosferic. En general, les antenes polaritzades verticalment tenen una millor propagació de l'ona terrestre, mentre que les antenes polaritzades horitzontalment tenen un millor rendiment de l'ona celeste.
La polarització circular s'utilitza àmpliament per als satèl·lits perquè l'orientació del satèl·lit respecte a les estacions terrestres i altres satèl·lits canvia constantment. L'eficiència entre les antenes transmissora i receptora és més gran quan ambdues estan polaritzades circularment, però es poden utilitzar antenes polaritzades linealment amb antenes CP, tot i que hi ha un factor de pèrdua de polarització.
La polarització també és important per als sistemes 5G. Alguns conjunts d'antenes 5G d'entrada múltiple/sortida múltiple (MIMO) aconsegueixen un major rendiment mitjançant la polarització per utilitzar de manera més eficient l'espectre disponible. Això s'aconsegueix mitjançant una combinació de diferents polaritzacions de senyal i la multiplexació espacial de les antenes (diversitat espacial).
El sistema pot transmetre dos fluxos de dades perquè els fluxos de dades estan connectats per antenes independents amb polarització ortogonal i es poden recuperar independentment. Fins i tot si existeix alguna polarització creuada a causa de la distorsió del camí i del canal, reflexions, multicamí i altres imperfeccions, el receptor utilitza algoritmes sofisticats per recuperar cada senyal original, la qual cosa resulta en taxes d'error de bit (BER) baixes i, en última instància, una millor utilització de l'espectre.
en conclusió
La polarització és una propietat important de l'antena que sovint es passa per alt. La polarització lineal (inclosa la horitzontal i la vertical), la polarització obliqua, la polarització circular i la polarització el·líptica s'utilitzen per a diferents aplicacions. El rang de rendiment de RF d'extrem a extrem que pot aconseguir una antena depèn de la seva orientació i alineació relatives. Les antenes estàndard tenen diferents polaritzacions i són adequades per a diferents parts de l'espectre, proporcionant la polarització preferida per a l'aplicació objectiu.
Productes recomanats:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Paràmetres | Típic | Unitats |
| Rang de freqüència | 20-30 | GHz |
| Guany | 15 Tip. | dBi |
| ROE | 1.3 Típic. | |
| Polarització | Dual Lineal | |
| Aïllament creuat | 60 Típic. | dB |
| Aïllament del port | 70 Típic. | dB |
| Connector | AME-Fdona | |
| Material | Al | |
| Acabat | Pintura | |
| Mida(L*A*A) | 83,9 * 39,6 * 69,4 (±5) | mm |
| Pes | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Ítem | Especificació | Unitat |
| Rang de freqüència | 1-18 | GHz |
| Guany | 10 Tip. | dBi |
| ROE | 1.5 Típic. | |
| Polarització | Lineal | |
| Aïllament de pol·len creuat | 30 Típic. | dB |
| Connector | SMA-Dona | |
| Acabat | Pno és | |
| Material | Al | |
| Mida(L*A*A) | 182,4 * 185,1 * 116,6 (±5) | mm |
| Pes | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Paràmetres | Típic | Unitats |
| Rang de freqüència | 2-18 | GHz |
| Guany | 15 Tip. | dBi |
| ROE | 1.5 Típic. |
|
| Polarització | Dual Lineal |
|
| Aïllament creuat | 40 | dB |
| Aïllament del port | 40 | dB |
| Connector | SMA-F |
|
| Tractament de superfícies | Pno és |
|
| Mida(L*A*A) | 276*147*147(±5) | mm |
| Pes | 0,945 | kg |
| Material | Al |
|
| Temperatura de funcionament | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Paràmetres | Típic | Unitats |
| Rang de freqüència | 93-95 | GHz |
| Guany | 22 Tip. | dBi |
| ROE | 1.3 Típic. |
|
| Polarització | Dual Lineal |
|
| Aïllament creuat | 60 Típic. | dB |
| Aïllament del port | 67 Tip. | dB |
| Connector | WR10 |
|
| Material | Cu |
|
| Acabat | Daurat |
|
| Mida(L*A*A) | 69,3 * 19,1 * 21,2 (±5) | mm |
| Pes | 0,015 | kg |
Data de publicació: 11 d'abril de 2024
