Os enxeñeiros electrónicos saben que as antenas envían e reciben sinais en forma de ondas de enerxía electromagnética (EM) descritas polas ecuacións de Maxwell. Como ocorre con moitos temas, estas ecuacións, e a propagación, propiedades do electromagnetismo, pódense estudar a diferentes niveis, desde termos relativamente cualitativos ata ecuacións complexas.
Hai moitos aspectos da propagación da enerxía electromagnética, un dos cales é a polarización, que pode ter diversos graos de impacto ou preocupación nas aplicacións e os seus deseños de antenas. Os principios básicos da polarización aplícanse a toda a radiación electromagnética, incluída a enerxía óptica de RF/sen fíos, e úsanse a miúdo en aplicacións ópticas.
Que é a polarización da antena?
Antes de comprender a polarización, primeiro debemos comprender os principios básicos das ondas electromagnéticas. Estas ondas están compostas por campos eléctricos (campos E) e campos magnéticos (campos H) e móvense nunha dirección. Os campos E e H son perpendiculares entre si e á dirección da propagación da onda plana.
A polarización refírese ao plano do campo E desde a perspectiva do transmisor de sinal: para a polarización horizontal, o campo eléctrico moverase lateralmente no plano horizontal, mentres que para a polarización vertical, o campo eléctrico oscilará cara arriba e abaixo no plano vertical. figura 1).
Figura 1: as ondas de enerxía electromagnética consisten en compoñentes de campo E e H mutuamente perpendiculares
Polarización lineal e polarización circular
Os modos de polarización inclúen os seguintes:
Na polarización lineal básica, as dúas posibles polarizacións son ortogonais (perpendiculares) entre si (Figura 2). En teoría, unha antena receptora polarizada horizontalmente non "verrá" un sinal dunha antena polarizada verticalmente e viceversa, aínda que ambas funcionen á mesma frecuencia. Canto mellor estean aliñados, máis sinal captarase e a transferencia de enerxía maximizarase cando as polarizacións coinciden.
Figura 2: a polarización lineal ofrece dúas opcións de polarización en ángulo recto entre si
A polarización oblicua da antena é un tipo de polarización lineal. Como polarización horizontal e vertical básica, esta polarización só ten sentido nun ambiente terrestre. A polarización oblicua está nun ángulo de ±45 graos co plano de referencia horizontal. Aínda que esta é só outra forma de polarización lineal, o termo "lineal" xeralmente só se refire a antenas polarizadas horizontal ou verticalmente.
Malia algunhas perdas, os sinais enviados (ou recibidos) por unha antena diagonal son factibles só con antenas polarizadas horizontal ou verticalmente. As antenas polarizadas oblicuamente son útiles cando se descoñece a polarización dunha ou ambas antenas ou cambia durante o uso.
A polarización circular (CP) é máis complexa que a polarización lineal. Neste modo, a polarización representada polo vector de campo E xira a medida que se propaga o sinal. Cando se xira cara á dereita (mirando desde o transmisor), a polarización circular chámase polarización circular destra (RHCP); cando se xira cara á esquerda, polarización circular á esquerda (LHCP) (Figura 3)
Figura 3: Na polarización circular, o vector de campo E dunha onda electromagnética xira; este xiro pode ser destro ou zurdo
Un sinal CP consiste en dúas ondas ortogonais que están desfasadas. Son necesarias tres condicións para xerar un sinal CP. O campo E debe constar de dúas compoñentes ortogonais; os dous compoñentes deben estar 90 graos desfasados e iguais en amplitude. Unha forma sinxela de xerar CP é usar unha antena helicoidal.
A polarización elíptica (EP) é un tipo de CP. As ondas polarizadas elípticamente son a ganancia producida por dúas ondas polarizadas linealmente, como as ondas CP. Cando se combinan dúas ondas polarizadas linealmente perpendiculares e con amplitudes desiguais, prodúcese unha onda polarizada elípticamente.
O desaxuste de polarización entre as antenas descríbese polo factor de perda de polarización (PLF). Este parámetro exprésase en decibelios (dB) e é función da diferenza de ángulo de polarización entre as antenas emisora e receptora. Teoricamente, o PLF pode variar desde 0 dB (sen perda) para unha antena perfectamente aliñada ata infinitos dB (perda infinita) para unha antena perfectamente ortogonal.
En realidade, porén, o aliñamento (ou desalineamento) da polarización non é perfecto porque a posición mecánica da antena, o comportamento do usuario, a distorsión da canle, as reflexións multitraxectorias e outros fenómenos poden causar algunha distorsión angular do campo electromagnético transmitido. Inicialmente, haberá 10 - 30 dB ou máis de "fuga" de polarización cruzada do sinal da polarización ortogonal, que nalgúns casos pode ser suficiente para interferir coa recuperación do sinal desexado.
Pola contra, o PLF real para dúas antenas aliñadas con polarización ideal pode ser de 10 dB, 20 dB ou superior, dependendo das circunstancias, e pode dificultar a recuperación do sinal. Noutras palabras, a polarización cruzada non desexada e a PLF poden funcionar en ambos os sentidos interferindo co sinal desexado ou reducindo a intensidade do sinal desexada.
Por que preocuparse pola polarización?
A polarización funciona de dúas formas: canto máis aliñadas estean dúas antenas e teñan a mesma polarización, mellor será a intensidade do sinal recibido. Pola contra, o mal aliñamento da polarización dificulta que os receptores, xa sexan destinados ou non satisfeitos, capten o suficiente do sinal de interese. En moitos casos, a "canle" distorsiona a polarización transmitida, ou unha ou ambas as antenas non están nunha dirección estática fixa.
A elección de que polarización utilizar adoita estar determinada pola instalación ou as condicións atmosféricas. Por exemplo, unha antena polarizada horizontalmente funcionará mellor e manterá a súa polarización cando se instale preto do teito; pola contra, unha antena polarizada verticalmente funcionará mellor e manterá o seu rendemento de polarización cando se instale preto dunha parede lateral.
A antena dipolo amplamente utilizada (plana ou dobrada) está polarizada horizontalmente na súa orientación de montaxe "normal" (Figura 4) e adoita xirar 90 graos para asumir polarización vertical cando sexa necesario ou para soportar un modo de polarización preferido (Figura 5).
Figura 4: Unha antena dipolo adoita montarse horizontalmente no seu mastro para proporcionar polarización horizontal
Figura 5: Para aplicacións que requiren polarización vertical, a antena dipolo pódese montar de acordo onde se enganche a antena
A polarización vertical úsase habitualmente para as radios móbiles portátiles, como as que usan os primeiros respondedores, porque moitos deseños de antenas de radio polarizadas verticalmente tamén proporcionan un patrón de radiación omnidireccional. Polo tanto, tales antenas non teñen que ser reorientadas aínda que a dirección da radio e da antena cambie.
As antenas de frecuencia de alta frecuencia (HF) de 3 - 30 MHz constrúense normalmente como simples fíos longos unidos horizontalmente entre soportes. A súa lonxitude está determinada pola lonxitude de onda (10 - 100 m). Este tipo de antena está naturalmente polarizada horizontalmente.
Cómpre sinalar que a referencia a esta banda como "alta frecuencia" comezou hai décadas, cando 30 MHz era realmente de alta frecuencia. Aínda que esta descrición parece estar desactualizada, é unha designación oficial da Unión Internacional de Telecomunicacións e aínda se usa moito.
A polarización preferida pódese determinar de dúas formas: ben utilizando ondas terrestres para unha sinalización de curto alcance máis forte mediante equipos de radiodifusión que utilicen a banda de ondas medias (MW) de 300 kHz - 3 MHz, ou ben utilizando ondas do ceo para distancias máis longas a través do Enlace da ionosfera. En xeral, as antenas polarizadas verticalmente teñen unha mellor propagación das ondas terrestres, mentres que as antenas polarizadas horizontalmente teñen un mellor rendemento das ondas do ceo.
A polarización circular é moi utilizada para os satélites porque a orientación do satélite en relación ás estacións terrestres e a outros satélites está a cambiar constantemente. A eficiencia entre as antenas de transmisión e recepción é maior cando ambas están polarizadas circularmente, pero as antenas de polarización lineal pódense usar con antenas CP, aínda que hai un factor de perda de polarización.
A polarización tamén é importante para os sistemas 5G. Algunhas matrices de antenas de entrada/saída múltiple (MIMO) 5G conseguen un maior rendemento mediante o uso da polarización para utilizar de forma máis eficiente o espectro dispoñible. Isto conséguese mediante unha combinación de diferentes polarizacións de sinal e multiplexación espacial das antenas (diversidade espacial).
O sistema pode transmitir dous fluxos de datos porque os fluxos de datos están conectados por antenas independentes polarizadas ortogonalmente e poden ser recuperados de forma independente. Aínda que exista algunha polarización cruzada debido á distorsión do camiño e da canle, reflexións, rutas múltiples e outras imperfeccións, o receptor emprega algoritmos sofisticados para recuperar cada sinal orixinal, o que resulta en taxas de erro de bits (BER) baixas e, en última instancia, nunha mellora da utilización do espectro.
en conclusión
A polarización é unha propiedade importante da antena que moitas veces se pasa por alto. A polarización lineal (incluíndo horizontal e vertical), polarización oblicua, polarización circular e polarización elíptica úsanse para diferentes aplicacións. O rango de rendemento de RF de extremo a extremo que pode acadar unha antena depende da súa orientación e aliñamento relativos. As antenas estándar teñen diferentes polarizacións e son adecuadas para diferentes partes do espectro, proporcionando a polarización preferida para a aplicación de destino.
Produtos recomendados:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parámetros | Típico | Unidades |
| Rango de frecuencias | 20-30 | GHz |
| Ganancia | 15 Típ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Típ. | |
| Polarización | Dobre Lineal | |
| Cruz Pol. Illamento | 60 Típ. | dB |
| Illamento portuario | 70 Típ. | dB |
| Conector | SMA-Female | |
| Material | Al | |
| Acabado | Pintar | |
| Tamaño(L*W*H) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Peso | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Elemento | Especificación | Unidade |
| Rango de frecuencias | 1-18 | GHz |
| Ganancia | 10 Típ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Típ. | |
| Polarización | Lineal | |
| Cruz Po. Illamento | 30 Típ. | dB |
| Conector | SMA-Feminio | |
| Acabado | Pnon | |
| Material | Al | |
| Tamaño(L*W*H) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Peso | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parámetros | Típico | Unidades |
| Rango de frecuencias | 2-18 | GHz |
| Ganancia | 15 Típ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Típ. |
|
| Polarización | Dobre Lineal |
|
| Cruz Pol. Illamento | 40 | dB |
| Illamento portuario | 40 | dB |
| Conector | SMA-F |
|
| Tratamento de superficies | Pnon |
|
| Tamaño(L*W*H) | 276*147*147(±5) | mm |
| Peso | 0,945 | kg |
| Material | Al |
|
| Temperatura de funcionamento | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parámetros | Típico | Unidades |
| Rango de frecuencias | 93-95 | GHz |
| Ganancia | 22 Típ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Típ. |
|
| Polarización | Dobre Lineal |
|
| Cruz Pol. Illamento | 60 Típ. | dB |
| Illamento portuario | 67 Típ. | dB |
| Conector | WR10 |
|
| Material | Cu |
|
| Acabado | Dourado |
|
| Tamaño(L*W*H) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Peso | 0,015 | kg |
Hora de publicación: 11-Abr-2024
