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 as propiedades de propagación do electromagnetismo pódense estudar a diferentes niveis, desde termos relativamente cualitativos ata ecuacións complexas.
Hai moitos aspectos na propagación da enerxía electromagnética, un dos cales é a polarización, que pode ter diferentes graos de impacto ou preocupación nas aplicacións e nos seus deseños de antenas. Os principios básicos da polarización aplícanse a toda a radiación electromagnética, incluídas as radiofrecuencias/sen fíos e a enerxía óptica, e úsanse a miúdo en aplicacións ópticas.
Que é a polarización dunha 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 soa dirección. Os campos E e H son perpendiculares entre si e á dirección de 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 cara abaixo no plano vertical (figura 1).
Figura 1: As ondas de enerxía electromagnética constan de 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 con polarización horizontal non "verá" un sinal dunha antena con polarización vertical e viceversa, mesmo se ambas funcionan á mesma frecuencia. Canto mellor estean aliñadas, máis sinal se capturará e a transferencia de enerxía maximízase 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. Do mesmo xeito que a polarización horizontal e vertical básica, esta polarización só ten sentido nun ambiente terrestre. A polarización oblicua forma un ángulo de ±45 graos con respecto ao plano de referencia horizontal. Aínda que en realidade é só outra forma de polarización lineal, o termo "lineal" normalmente só se refire a antenas polarizadas horizontal ou verticalmente.
Malia algunhas perdas, os sinais enviados (ou recibidos) por unha antena diagonal son viables só con antenas polarizadas horizontal ou verticalmente. As antenas polarizadas oblicuamente son útiles cando a polarización dunha ou ambas as antenas é descoñecida 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 o sinal se propaga. Cando se xira cara á dereita (mirando cara a fóra desde o transmisor), a polarización circular chámase polarización circular dextroxénica (RHCP); cando se xira cara á esquerda, polarización circular levróxénica (LHCP) (Figura 3)
Figura 3: Na polarización circular, o vector de campo E dunha onda electromagnética xira; esta rotación pode ser dextrorrá ou levórrá.
Un sinal CP consta de dúas ondas ortogonais que están fóra de fase. Requírense tres condicións para xerar un sinal CP. O campo E debe consistir en dous compoñentes ortogonais; os dous compoñentes deben estar 90 graos fóra de fase e ter a mesma amplitude. Un xeito sinxelo 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 mutuamente perpendiculares con amplitudes desiguais, prodúcese unha onda polarizada elípticamente.
A discrepancia de polarización entre antenas descríbese mediante o factor de perda de polarización (PLF). Este parámetro exprésase en decibeis (dB) e é función da diferenza no ángulo de polarización entre as antenas transmisora 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.
Non obstante, en realidade, a aliñación (ou desalinhación) da polarización non é perfecta porque a posición mecánica da antena, o comportamento do usuario, a distorsión do canal, as reflexións por traxectorias múltiples e outros fenómenos poden causar certa distorsión angular do campo electromagnético transmitido. Inicialmente, haberá de 10 a 30 dB ou máis de "fuga" de polarización cruzada do sinal da polarización ortogonal, o 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 intencionada e o PLF poden funcionar en ambos os sentidos ao interferir co sinal desexado ou reducir a intensidade do sinal desexada.
Por que importa a polarización?
A polarización funciona de dous xeitos: canto máis aliñadas estean dúas antenas e teñan a mesma polarización, mellor será a intensidade do sinal recibido. Pola contra, un aliñamento deficiente da polarización dificulta que os receptores, xa sexan os previstos ou non, capturen suficiente 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 da polarización a empregar adoita estar determinada pola instalación ou polas condicións atmosféricas. Por exemplo, unha antena con polarización horizontal terá un mellor rendemento e manterá a súa polarización cando se instale preto do teito; pola contra, unha antena con polarización vertical terá un mellor rendemento e manterá o seu rendemento de polarización cando se instale preto dunha parede lateral.
A antena dipolo amplamente utilizada (simple ou pregada) está polarizada horizontalmente na súa orientación de montaxe "normal" (Figura 4) e a miúdo xira 90 graos para asumir a polarización vertical cando sexa necesario ou para admitir 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 onde a antena engancha.
A polarización vertical úsase habitualmente para radios móbiles portátiles, como as que empregan os servizos de emerxencia, porque moitos deseños de antenas de radio con polarización vertical tamén proporcionan un patrón de radiación omnidireccional. Polo tanto, estas antenas non teñen que reorientarse mesmo se cambia a dirección da radio e da antena.
As antenas de alta frecuencia (HF) de 3 a 30 MHz constrúense normalmente como simples cables longos estendidos horizontalmente entre soportes. A súa lonxitude vén determinada pola lonxitude de onda (10-100 m). Este tipo de antena ten polarización horizontal natural.
Cómpre sinalar que a denominación de "alta frecuencia" comezou hai décadas, cando 30 MHz era realmente alta frecuencia. Aínda que esta descrición agora parece estar desactualizada, é unha designación oficial da Unión Internacional de Telecomunicacións e aínda se usa amplamente.
A polarización preferida pódese determinar de dúas maneiras: ou ben empregando ondas terrestres para unha sinalización de curto alcance máis forte mediante equipos de transmisión que empreguen a banda de onda media (MW) de 300 kHz a 3 MHz, ou ben empregando ondas ionosféricas para distancias máis longas a través da ligazón ionosférica. En xeral, as antenas con polarización vertical teñen unha mellor propagación da onda terrestre, mentres que as antenas con polarización horizontal teñen un mellor rendemento da onda ionosférica.
A polarización circular úsase amplamente para satélites porque a orientación do satélite en relación coas estacións terrestres e outros satélites cambia constantemente. A eficiencia entre as antenas transmisora e receptora é maior cando ambas están polarizadas circularmente, pero as antenas polarizadas linealmente pódense usar con antenas CP, aínda que existe un factor de perda de polarización.
A polarización tamén é importante para os sistemas 5G. Algúns conxuntos de antenas 5G de entradas e saídas múltiples (MIMO) 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 con polarización ortogonal e pódense recuperar de forma independente. Mesmo se existe algunha polarización cruzada debido á distorsión da ruta e do canal, reflexións, traxectorias 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 mellor utilización do espectro.
en conclusión
A polarización é unha propiedade importante da antena que a miúdo se pasa por alto. A polarización lineal (incluíndo a horizontal e a vertical), a polarización oblicua, a polarización circular e a polarización elíptica utilízanse para diferentes aplicacións. O rango de rendemento de RF de extremo a extremo que pode alcanzar unha antena depende da súa orientación e aliñamento relativos. As antenas estándar teñen diferentes polarizacións e son axeitadas para diferentes partes do espectro, proporcionando a polarización preferida para a aplicación obxectivo.
Produtos recomendados:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parámetros | Típico | Unidades |
| Rango de frecuencia | 20-30 | GHz |
| Ganancia | 15 Típico. | dBi |
| ROE | 1.3 Típico. | |
| Polarización | Dobre Lineal | |
| Illamento cruzado polas polaridades | 60 Típico. | dB |
| Illamento de portos | 70 Típico. | dB |
| Conector | AME-Fmuller | |
| Material | Al | |
| Acabado | Pintura | |
| Tamaño(L*A*A) | 83,9*39,6*69,4 (±5) | mm |
| Peso | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Elemento | Especificación | Unidade |
| Rango de frecuencia | 1-18 | GHz |
| Ganancia | 10 Típico. | dBi |
| ROE | 1,5 Típico. | |
| Polarización | Lineal | |
| Illamento cruzado de po. | 30 Típico. | dB |
| Conector | SMA-Femina | |
| Acabado | Pnon | |
| Material | Al | |
| Tamaño(L*A*A) | 182,4 * 185,1 * 116,6 (±5) | mm |
| Peso | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parámetros | Típico | Unidades |
| Rango de frecuencia | 2-18 | GHz |
| Ganancia | 15 Típico. | dBi |
| ROE | 1,5 Típico. |
|
| Polarización | Dobre Lineal |
|
| Illamento cruzado polas polaridades | 40 | dB |
| Illamento de portos | 40 | dB |
| Conector | SMA-F |
|
| Tratamento de superficies | Pnon |
|
| Tamaño(L*A*A) | 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 frecuencia | 93-95 | GHz |
| Ganancia | 22 Típico. | dBi |
| ROE | 1.3 Típico. |
|
| Polarización | Dobre Lineal |
|
| Illamento cruzado polas polaridades | 60 Típico. | dB |
| Illamento de portos | 67 Típico. | dB |
| Conector | WR10 |
|
| Material | Cu |
|
| Acabado | Dourado |
|
| Tamaño(L*A*A) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Peso | 0,015 | kg |
Data de publicación: 11 de abril de 2024
