Elektroniske ingeniører ved, at antenner sender og modtager signaler i form af bølger af elektromagnetisk (EM) energi beskrevet af Maxwells ligninger.Som med mange emner, kan disse ligninger, og udbredelsen, egenskaber ved elektromagnetisme, studeres på forskellige niveauer, fra relativt kvalitative termer til komplekse ligninger.
Der er mange aspekter af elektromagnetisk energiudbredelse, hvoraf den ene er polarisering, som kan have forskellige grader af påvirkning eller bekymring i applikationer og deres antennedesign.De grundlæggende principper for polarisering gælder for al elektromagnetisk stråling, inklusive RF/trådløs, optisk energi, og bruges ofte i optiske applikationer.
Hvad er antennepolarisering?
Før vi forstår polarisering, skal vi først forstå de grundlæggende principper for elektromagnetiske bølger.Disse bølger er sammensat af elektriske felter (E-felter) og magnetiske felter (H-felter) og bevæger sig i én retning.E- og H-felterne er vinkelrette på hinanden og på retningen af plan bølgeudbredelse.
Polarisering refererer til E-feltplanet fra signalsenderens perspektiv: for vandret polarisering vil det elektriske felt bevæge sig sidelæns i det vandrette plan, mens det elektriske felt ved vertikal polarisering vil oscillere op og ned i det lodrette plan.( figur 1).
Figur 1: Elektromagnetiske energibølger består af indbyrdes vinkelrette E- og H-feltkomponenter
Lineær polarisering og cirkulær polarisering
Polarisationstilstande omfatter følgende:
I grundlæggende lineær polarisering er de to mulige polariseringer ortogonale (vinkelrette) på hinanden (figur 2).I teorien vil en horisontalt polariseret modtageantenne ikke "se" et signal fra en vertikalt polariseret antenne og omvendt, selvom begge opererer ved samme frekvens.Jo bedre de er justeret, jo mere signal fanges der, og energioverførslen maksimeres, når polariseringerne matcher.
Figur 2: Lineær polarisering giver to polariseringsmuligheder vinkelret på hinanden
Den skrå polarisering af antennen er en type lineær polarisering.Ligesom grundlæggende horisontal og vertikal polarisering giver denne polarisering kun mening i et terrestrisk miljø.Skrå polarisering er i en vinkel på ±45 grader i forhold til det vandrette referenceplan.Selvom dette i virkeligheden bare er en anden form for lineær polarisering, refererer udtrykket "lineær" normalt kun til vandret eller lodret polariserede antenner.
På trods af nogle tab er signaler, der sendes (eller modtages) af en diagonal antenne, kun mulige med vandret eller lodret polariserede antenner.Skråpolariserede antenner er nyttige, når polariseringen af en eller begge antenner er ukendt eller ændres under brug.
Cirkulær polarisering (CP) er mere kompleks end lineær polarisering.I denne tilstand roterer polariseringen repræsenteret af E-feltvektoren, mens signalet udbreder sig.Når den drejes til højre (der ser ud fra senderen), kaldes cirkulær polarisering højrehåndet cirkulær polarisation (RHCP);når den drejes til venstre, venstrehåndet cirkulær polarisering (LHCP) (figur 3)
Figur 3: Ved cirkulær polarisering roterer E-feltvektoren for en elektromagnetisk bølge;denne rotation kan være højrehåndet eller venstrehåndet
Et CP-signal består af to ortogonale bølger, der er ude af fase.Tre betingelser er nødvendige for at generere et CP-signal.E-feltet skal bestå af to ortogonale komponenter;de to komponenter skal være 90 grader ude af fase og ens i amplitude.En simpel måde at generere CP på er at bruge en spiralformet antenne.
Elliptisk polarisation (EP) er en type CP.Elliptisk polariserede bølger er forstærkningen produceret af to lineært polariserede bølger, som CP-bølger.Når to indbyrdes vinkelrette lineært polariserede bølger med ulige amplituder kombineres, frembringes en elliptisk polariseret bølge.
Polarisationsmisforholdet mellem antenner er beskrevet af polarisationstabsfaktoren (PLF).Denne parameter er udtrykt i decibel (dB) og er en funktion af forskellen i polarisationsvinklen mellem sende- og modtageantennerne.Teoretisk kan PLF variere fra 0 dB (intet tab) for en perfekt justeret antenne til uendelig dB (uendeligt tab) for en perfekt ortogonal antenne.
I virkeligheden er justeringen (eller fejljusteringen) af polarisationen imidlertid ikke perfekt, fordi den mekaniske position af antennen, brugeradfærd, kanalforvrængning, flervejsrefleksioner og andre fænomener kan forårsage en vis vinkelforvrængning af det transmitterede elektromagnetiske felt.Indledningsvis vil der være 10 - 30 dB eller mere signalkrydspolariserings "lækage" fra den ortogonale polarisering, hvilket i nogle tilfælde kan være nok til at forstyrre gendannelsen af det ønskede signal.
I modsætning hertil kan den faktiske PLF for to justerede antenner med ideel polarisering være 10 dB, 20 dB eller større, afhængigt af omstændighederne, og kan hindre signalgendannelse.Med andre ord kan utilsigtet krydspolarisering og PLF virke begge veje ved at forstyrre det ønskede signal eller reducere den ønskede signalstyrke.
Hvorfor bekymre sig om polarisering?
Polarisering fungerer på to måder: Jo mere justerede to antenner er og har samme polarisering, jo bedre er styrken af det modtagne signal.Omvendt gør dårlig polariseringsjustering det sværere for modtagere, enten tiltænkte eller utilfredse, at fange nok af signalet af interesse.I mange tilfælde forvrænger "kanalen" den transmitterede polarisering, eller en eller begge antenner er ikke i en fast statisk retning.
Valget af, hvilken polarisering der skal bruges, bestemmes normalt af installationen eller atmosfæriske forhold.For eksempel vil en vandret polariseret antenne yde bedre og bevare sin polarisering, når den installeres nær loftet;omvendt vil en lodret polariseret antenne yde bedre og bevare sin polarisationsydelse, når den installeres nær en sidevæg.
Den meget anvendte dipolantenne (almindelig eller foldet) er vandret polariseret i sin "normale" monteringsretning (figur 4) og roteres ofte 90 grader for at antage lodret polarisering, når det kræves, eller for at understøtte en foretrukken polariseringstilstand (figur 5).
Figur 4: En dipolantenne er normalt monteret vandret på sin mast for at give vandret polarisering
Figur 5: Til applikationer, der kræver vertikal polarisering, kan dipolantennen monteres tilsvarende, hvor antennen fanger
Vertikal polarisering er almindeligvis brugt til håndholdte mobilradioer, såsom dem, der bruges af førstehjælpere, fordi mange vertikalt polariserede radioantennedesigns også giver et omnidirektionelt strålingsmønster.Derfor skal sådanne antenner ikke omorienteres, selvom radioens og antennens retning ændres.
3 - 30 MHz højfrekvente (HF) frekvensantenner er typisk konstrueret som simple lange ledninger spændt sammen vandret mellem beslag.Dens længde bestemmes af bølgelængden (10 - 100 m).Denne type antenne er naturligt vandret polariseret.
Det er værd at bemærke, at det at henvise til dette bånd som "høj frekvens" startede for årtier siden, da 30 MHz faktisk var højfrekvens.Selvom denne beskrivelse nu ser ud til at være forældet, er den en officiel betegnelse fra International Telecommunications Union og er stadig meget brugt.
Den foretrukne polarisering kan bestemmes på to måder: enten ved at bruge jordbølger til stærkere kortdistancesignalering af broadcast-udstyr, der bruger 300 kHz - 3 MHz mellembølgebåndet (MW), eller ved at bruge himmelbølger til længere afstande gennem ionosfærelinket.Generelt set har vertikalt polariserede antenner bedre jordbølgeudbredelse, mens horisontalt polariserede antenner har bedre skybølgeydelse.
Cirkulær polarisering er meget brugt til satellitter, fordi satellittens orientering i forhold til jordstationer og andre satellitter konstant ændrer sig.Effektiviteten mellem sende- og modtageantenner er størst, når begge er cirkulært polariserede, men lineært polariserede antenner kan bruges med CP-antenner, selvom der er en polarisationstabsfaktor.
Polarisering er også vigtig for 5G-systemer.Nogle 5G multiple-input/multiple-output (MIMO) antennearrays opnår øget gennemløb ved at bruge polarisering til mere effektivt at udnytte det tilgængelige spektrum.Dette opnås ved hjælp af en kombination af forskellige signalpolariseringer og rumlig multipleksing af antennerne (rumdiversitet).
Systemet kan transmittere to datastrømme, fordi datastrømmene er forbundet med uafhængige ortogonalt polariserede antenner og kan gendannes uafhængigt.Selv hvis der eksisterer en vis krydspolarisering på grund af vej- og kanalforvrængning, refleksioner, flervejs- og andre ufuldkommenheder, anvender modtageren sofistikerede algoritmer til at genskabe hvert originalt signal, hvilket resulterer i lave bitfejlfrekvenser (BER) og i sidste ende forbedret spektrumudnyttelse.
Afslutningsvis
Polarisering er en vigtig antenneegenskab, som ofte overses.Lineær (herunder vandret og lodret) polarisering, skrå polarisering, cirkulær polarisering og elliptisk polarisering bruges til forskellige applikationer.Omfanget af end-to-end RF-ydelse, en antenne kan opnå, afhænger af dens relative orientering og justering.Standardantenner har forskellige polariseringer og er velegnede til forskellige dele af spektret, hvilket giver den foretrukne polarisering til målapplikationen.
Anbefalede produkter:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parametre | Typisk | Enheder |
| Frekvensområde | 20-30 | GHz |
| Gevinst | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. | |
| Polarisering | Dobbelt Lineær | |
| Cross Pol.Isolation | 60 Typ. | dB |
| Port isolation | 70 Typ. | dB |
| Stik | SMA-Female | |
| Materiale | Al | |
| Efterbehandling | Maling | |
| Størrelse(L*B*H) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Vægt | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Vare | Specifikation | Enhed |
| Frekvensområde | 1-18 | GHz |
| Gevinst | 10 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Typ. | |
| Polarisering | Lineær | |
| Kryds Po.Isolation | 30 Typ. | dB |
| Stik | SMA-Kvinde | |
| Efterbehandling | Pikke | |
| Materiale | Al | |
| Størrelse(L*B*H) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Vægt | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parametre | Typisk | Enheder |
| Frekvensområde | 2-18 | GHz |
| Gevinst | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Typ. |
|
| Polarisering | Dobbelt Lineær |
|
| Cross Pol.Isolation | 40 | dB |
| Port isolation | 40 | dB |
| Stik | SMA-F |
|
| Overfladebehandling | Pikke |
|
| Størrelse(L*B*H) | 276*147*147(±5) | mm |
| Vægt | 0,945 | kg |
| Materiale | Al |
|
| Driftstemperatur | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parametre | Typisk | Enheder |
| Frekvensområde | 93-95 | GHz |
| Gevinst | 22 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. |
|
| Polarisering | Dobbelt Lineær |
|
| Cross Pol.Isolation | 60 Typ. | dB |
| Port isolation | 67 Typ. | dB |
| Stik | WR10 |
|
| Materiale | Cu |
|
| Efterbehandling | Gylden |
|
| Størrelse(L*B*H) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Vægt | 0,015 | kg |
Indlægstid: 11-apr-2024
