Οι ηλεκτρονικοί μηχανικοί γνωρίζουν ότι οι κεραίες στέλνουν και λαμβάνουν σήματα με τη μορφή κυμάτων ηλεκτρομαγνητικής (ΗΜ) ενέργειας που περιγράφονται από τις εξισώσεις Maxwell. Όπως συμβαίνει με πολλά θέματα, αυτές οι εξισώσεις, καθώς και οι ιδιότητες διάδοσης του ηλεκτρομαγνητισμού, μπορούν να μελετηθούν σε διαφορετικά επίπεδα, από σχετικά ποιοτικούς όρους έως πολύπλοκες εξισώσεις.
Υπάρχουν πολλές πτυχές στη διάδοση της ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας, μία από τις οποίες είναι η πόλωση, η οποία μπορεί να έχει ποικίλους βαθμούς αντίκτυπου ή ανησυχίας στις εφαρμογές και στα σχέδια των κεραιών τους. Οι βασικές αρχές της πόλωσης ισχύουν για όλες τις ηλεκτρομαγνητικές ακτινοβολίες, συμπεριλαμβανομένης της οπτικής ενέργειας RF/ασύρματης, και χρησιμοποιούνται συχνά σε οπτικές εφαρμογές.
Τι είναι η πόλωση της κεραίας;
Πριν κατανοήσουμε την πόλωση, πρέπει πρώτα να κατανοήσουμε τις βασικές αρχές των ηλεκτρομαγνητικών κυμάτων. Αυτά τα κύματα αποτελούνται από ηλεκτρικά πεδία (πεδία Ε) και μαγνητικά πεδία (πεδία Η) και κινούνται προς μία κατεύθυνση. Τα πεδία Ε και Η είναι κάθετα μεταξύ τους και προς την κατεύθυνση διάδοσης του επίπεδου κύματος.
Η πόλωση αναφέρεται στο επίπεδο του ηλεκτρομαγνητικού πεδίου από την οπτική γωνία του πομπού σήματος: για οριζόντια πόλωση, το ηλεκτρικό πεδίο θα κινείται πλευρικά στο οριζόντιο επίπεδο, ενώ για κάθετη πόλωση, το ηλεκτρικό πεδίο θα ταλαντώνεται πάνω και κάτω στο κατακόρυφο επίπεδο (σχήμα 1).
Σχήμα 1: Τα ηλεκτρομαγνητικά ενεργειακά κύματα αποτελούνται από αμοιβαία κάθετες συνιστώσες πεδίου E και H
Γραμμική πόλωση και κυκλική πόλωση
Οι λειτουργίες πόλωσης περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
Στη βασική γραμμική πόλωση, οι δύο πιθανές πολώσεις είναι ορθογώνιες (κάθετες) μεταξύ τους (Σχήμα 2). Θεωρητικά, μια οριζόντια πολωμένη κεραία λήψης δεν θα "δει" σήμα από μια κάθετα πολωμένη κεραία και αντίστροφα, ακόμη και αν και οι δύο λειτουργούν στην ίδια συχνότητα. Όσο καλύτερα είναι ευθυγραμμισμένες, τόσο περισσότερο σήμα λαμβάνεται και η μεταφορά ενέργειας μεγιστοποιείται όταν οι πολώσεις ταιριάζουν.
Σχήμα 2: Η γραμμική πόλωση παρέχει δύο επιλογές πόλωσης σε ορθή γωνία μεταξύ τους
Η πλάγια πόλωση της κεραίας είναι ένας τύπος γραμμικής πόλωσης. Όπως η βασική οριζόντια και κάθετη πόλωση, αυτή η πόλωση έχει νόημα μόνο σε επίγειο περιβάλλον. Η πλάγια πόλωση είναι υπό γωνία ±45 μοιρών ως προς το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς. Ενώ αυτή είναι στην πραγματικότητα απλώς μια άλλη μορφή γραμμικής πόλωσης, ο όρος «γραμμική» συνήθως αναφέρεται μόνο σε οριζόντια ή κάθετα πολωμένες κεραίες.
Παρά τις ορισμένες απώλειες, τα σήματα που αποστέλλονται (ή λαμβάνονται) από μια διαγώνια κεραία είναι εφικτά μόνο με οριζόντια ή κάθετα πολωμένες κεραίες. Οι λοξά πολωμένες κεραίες είναι χρήσιμες όταν η πόλωση της μίας ή και των δύο κεραιών είναι άγνωστη ή αλλάζει κατά τη χρήση.
Η κυκλική πόλωση (CP) είναι πιο περίπλοκη από τη γραμμική πόλωση. Σε αυτήν τη λειτουργία, η πόλωση που αντιπροσωπεύεται από το διάνυσμα πεδίου E περιστρέφεται καθώς το σήμα διαδίδεται. Όταν περιστρέφεται προς τα δεξιά (κοιτάζοντας έξω από τον πομπό), η κυκλική πόλωση ονομάζεται δεξιόστροφη κυκλική πόλωση (RHCP). όταν περιστρέφεται προς τα αριστερά, αριστερή κυκλική πόλωση (LHCP) (Σχήμα 3)
Σχήμα 3: Στην κυκλική πόλωση, το διάνυσμα πεδίου Ε ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος περιστρέφεται. Αυτή η περιστροφή μπορεί να είναι δεξιόστροφη ή αριστερόστροφη.
Ένα σήμα CP αποτελείται από δύο ορθογώνια κύματα που είναι εκτός φάσης. Απαιτούνται τρεις συνθήκες για τη δημιουργία ενός σήματος CP. Το πεδίο E πρέπει να αποτελείται από δύο ορθογώνιες συνιστώσες. Οι δύο συνιστώσες πρέπει να είναι 90 μοίρες εκτός φάσης και ίσες σε πλάτος. Ένας απλός τρόπος για να δημιουργήσετε CP είναι να χρησιμοποιήσετε μια ελικοειδή κεραία.
Η ελλειπτική πόλωση (EP) είναι ένας τύπος CP. Τα ελλειπτικά πολωμένα κύματα είναι το κέρδος που παράγεται από δύο γραμμικά πολωμένα κύματα, όπως τα κύματα CP. Όταν δύο αμοιβαία κάθετα γραμμικά πολωμένα κύματα με άνισα πλάτη συνδυάζονται, παράγεται ένα ελλειπτικά πολωμένο κύμα.
Η αναντιστοιχία πόλωσης μεταξύ των κεραιών περιγράφεται από τον συντελεστή απώλειας πόλωσης (PLF). Αυτή η παράμετρος εκφράζεται σε ντεσιμπέλ (dB) και είναι συνάρτηση της διαφοράς στη γωνία πόλωσης μεταξύ των κεραιών εκπομπής και λήψης. Θεωρητικά, η PLF μπορεί να κυμαίνεται από 0 dB (καμία απώλεια) για μια τέλεια ευθυγραμμισμένη κεραία έως άπειρο dB (άπειρη απώλεια) για μια τέλεια ορθογώνια κεραία.
Στην πραγματικότητα, ωστόσο, η ευθυγράμμιση (ή η κακή ευθυγράμμιση) της πόλωσης δεν είναι τέλεια, επειδή η μηχανική θέση της κεραίας, η συμπεριφορά του χρήστη, η παραμόρφωση του καναλιού, οι ανακλάσεις πολλαπλών διαδρομών και άλλα φαινόμενα μπορούν να προκαλέσουν κάποια γωνιακή παραμόρφωση του μεταδιδόμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Αρχικά, θα υπάρχει 10 - 30 dB ή περισσότερο διασταυρούμενης πόλωσης σήματος «διαρροής» από την ορθογώνια πόλωση, η οποία σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να είναι αρκετή για να επηρεάσει την ανάκτηση του επιθυμητού σήματος.
Αντίθετα, η πραγματική PLF για δύο ευθυγραμμισμένες κεραίες με ιδανική πόλωση μπορεί να είναι 10 dB, 20 dB ή μεγαλύτερη, ανάλογα με τις περιστάσεις, και μπορεί να εμποδίσει την ανάκτηση του σήματος. Με άλλα λόγια, η ακούσια διασταυρούμενη πόλωση και η PLF μπορούν να λειτουργήσουν και με τους δύο τρόπους, παρεμβαίνοντας στο επιθυμητό σήμα ή μειώνοντας την επιθυμητή ισχύ του σήματος.
Γιατί να μας ενδιαφέρει η πόλωση;
Η πόλωση λειτουργεί με δύο τρόπους: όσο πιο ευθυγραμμισμένες είναι δύο κεραίες και έχουν την ίδια πόλωση, τόσο καλύτερη είναι η ισχύς του λαμβανόμενου σήματος. Αντίθετα, η κακή ευθυγράμμιση της πόλωσης δυσκολεύει τους δέκτες, είτε σκόπιμους είτε μη ικανοποιημένους, να συλλάβουν αρκετή ποσότητα του σήματος που μας ενδιαφέρει. Σε πολλές περιπτώσεις, το "κανάλι" παραμορφώνει την μεταδιδόμενη πόλωση ή η μία ή και οι δύο κεραίες δεν βρίσκονται σε σταθερή στατική κατεύθυνση.
Η επιλογή της πόλωσης που θα χρησιμοποιηθεί καθορίζεται συνήθως από την εγκατάσταση ή τις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Για παράδειγμα, μια οριζόντια πολωμένη κεραία θα έχει καλύτερη απόδοση και θα διατηρεί την πόλωσή της όταν εγκαθίσταται κοντά στην οροφή. Αντίθετα, μια κάθετα πολωμένη κεραία θα έχει καλύτερη απόδοση και θα διατηρεί την απόδοση πόλωσής της όταν εγκαθίσταται κοντά σε έναν πλευρικό τοίχο.
Η ευρέως χρησιμοποιούμενη διπολική κεραία (απλή ή διπλωμένη) είναι οριζόντια πολωμένη στον "κανονικό" προσανατολισμό τοποθέτησής της (Σχήμα 4) και συχνά περιστρέφεται κατά 90 μοίρες για να υποθέσει κάθετη πόλωση όταν απαιτείται ή για να υποστηρίξει μια προτιμώμενη λειτουργία πόλωσης (Σχήμα 5).
Σχήμα 4: Μια διπολική κεραία είναι συνήθως τοποθετημένη οριζόντια στον ιστό της για να παρέχει οριζόντια πόλωση
Σχήμα 5: Για εφαρμογές που απαιτούν κατακόρυφη πόλωση, η διπολική κεραία μπορεί να τοποθετηθεί ανάλογα στο σημείο που η κεραία πιάνει
Η κάθετη πόλωση χρησιμοποιείται συνήθως για φορητούς κινητούς ασυρμάτους, όπως αυτούς που χρησιμοποιούνται από τους πρώτους ανταποκριτές, επειδή πολλά σχέδια κεραιών κάθετης πόλωσης παρέχουν επίσης ένα πανκατευθυντικό μοτίβο ακτινοβολίας. Επομένως, τέτοιες κεραίες δεν χρειάζεται να επαναπροσανατολιστούν ακόμη και αν αλλάξει η κατεύθυνση του ασυρμάτου και της κεραίας.
Οι κεραίες υψηλής συχνότητας (HF) 3 - 30 MHz κατασκευάζονται συνήθως ως απλά μακριά σύρματα που ενώνονται οριζόντια μεταξύ στηριγμάτων. Το μήκος τους καθορίζεται από το μήκος κύματος (10 - 100 m). Αυτός ο τύπος κεραίας είναι φυσικά οριζόντια πολωμένος.
Αξίζει να σημειωθεί ότι η αναφορά σε αυτήν τη ζώνη ως «υψηλή συχνότητα» ξεκίνησε πριν από δεκαετίες, όταν τα 30 MHz ήταν πράγματι υψηλή συχνότητα. Αν και αυτή η περιγραφή φαίνεται πλέον ξεπερασμένη, αποτελεί επίσημη ονομασία της Διεθνούς Ένωσης Τηλεπικοινωνιών και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως.
Η προτιμώμενη πόλωση μπορεί να προσδιοριστεί με δύο τρόπους: είτε χρησιμοποιώντας επίγεια κύματα για ισχυρότερη σηματοδότηση μικρής εμβέλειας από εξοπλισμό εκπομπής που χρησιμοποιεί τη ζώνη μεσαίων κυμάτων (MW) 300 kHz - 3 MHz, είτε χρησιμοποιώντας ουράνια κύματα για μεγαλύτερες αποστάσεις μέσω του συνδέσμου ιονόσφαιρας. Γενικά, οι κάθετα πολωμένες κεραίες έχουν καλύτερη διάδοση επίγειων κυμάτων, ενώ οι οριζόντια πολωμένες κεραίες έχουν καλύτερη απόδοση ουράνιων κυμάτων.
Η κυκλική πόλωση χρησιμοποιείται ευρέως για τους δορυφόρους επειδή ο προσανατολισμός του δορυφόρου σε σχέση με τους επίγειους σταθμούς και άλλους δορυφόρους αλλάζει συνεχώς. Η απόδοση μεταξύ των κεραιών εκπομπής και λήψης είναι μέγιστη όταν και οι δύο είναι κυκλικά πολωμένες, αλλά οι γραμμικά πολωμένες κεραίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν με κεραίες CP, αν και υπάρχει ένας συντελεστής απώλειας πόλωσης.
Η πόλωση είναι επίσης σημαντική για τα συστήματα 5G. Ορισμένες συστοιχίες κεραιών 5G πολλαπλών εισόδων/πολλαπλών εξόδων (MIMO) επιτυγχάνουν αυξημένη απόδοση χρησιμοποιώντας την πόλωση για την πιο αποτελεσματική αξιοποίηση του διαθέσιμου φάσματος. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό διαφορετικών πολώσεων σήματος και χωρικής πολυπλεξίας των κεραιών (διαφορετικότητα χώρου).
Το σύστημα μπορεί να μεταδώσει δύο ροές δεδομένων επειδή οι ροές δεδομένων συνδέονται με ανεξάρτητες ορθογώνια πολωμένες κεραίες και μπορούν να ανακτηθούν ανεξάρτητα. Ακόμα κι αν υπάρχει κάποια διασταυρούμενη πόλωση λόγω παραμόρφωσης διαδρομής και καναλιού, ανακλάσεων, πολλαπλών διαδρομών και άλλων ατελειών, ο δέκτης χρησιμοποιεί εξελιγμένους αλγόριθμους για να ανακτήσει κάθε αρχικό σήμα, με αποτέλεσμα χαμηλά ποσοστά σφάλματος bit (BER) και τελικά βελτιωμένη αξιοποίηση του φάσματος.
εν κατακλείδι
Η πόλωση είναι μια σημαντική ιδιότητα της κεραίας που συχνά παραβλέπεται. Η γραμμική (συμπεριλαμβανομένης της οριζόντιας και της κάθετης) πόλωση, η πλάγια πόλωση, η κυκλική πόλωση και η ελλειπτική πόλωση χρησιμοποιούνται για διαφορετικές εφαρμογές. Το εύρος της απόδοσης RF από άκρο σε άκρο που μπορεί να επιτύχει μια κεραία εξαρτάται από τον σχετικό προσανατολισμό και την ευθυγράμμισή της. Οι τυπικές κεραίες έχουν διαφορετικές πολώσεις και είναι κατάλληλες για διαφορετικά μέρη του φάσματος, παρέχοντας την προτιμώμενη πόλωση για την εφαρμογή-στόχο.
Συνιστώμενα προϊόντα:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Παράμετροι | Τυπικός | Μονάδες |
| Εύρος συχνοτήτων | 20-30 | GHz |
| Κέρδος | 15 Τυπ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Τυπ. | |
| Πόλωση | Διπλός Γραμμικός | |
| Διασταυρούμενη Απομόνωση | 60 Τυπ. | dB |
| Απομόνωση Λιμένα | 70 Τυπ. | dB |
| Σύνδεση | ΣΜΑ-Fημέλι | |
| Υλικό | Al | |
| Φινίρισμα | Χρώμα | |
| Μέγεθος(Μ*Π*Υ) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Βάρος | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Είδος | Προσδιορισμός | Μονάδα |
| Εύρος συχνοτήτων | 1-18 | GHz |
| Κέρδος | 10 Τυπ. | dBi |
| VSWR | 1,5 Τυπ. | |
| Πόλωση | Γραμμικός | |
| Απομόνωση Cross Po. | 30 Τυπ. | dB |
| Σύνδεση | SMA-Θηλυκό | |
| Φινίρισμα | Pάγιος | |
| Υλικό | Al | |
| Μέγεθος(Μ*Π*Υ) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Βάρος | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Παράμετροι | Τυπικός | Μονάδες |
| Εύρος συχνοτήτων | 2-18 | GHz |
| Κέρδος | 15 Τυπ. | dBi |
| VSWR | 1,5 Τυπ. |
|
| Πόλωση | Διπλός Γραμμικός |
|
| Διασταυρούμενη Απομόνωση | 40 | dB |
| Απομόνωση Λιμένα | 40 | dB |
| Σύνδεση | SMA-F |
|
| Επιφανειακή επεξεργασία | Pάγιος |
|
| Μέγεθος(Μ*Π*Υ) | 276*147*147(±5) | mm |
| Βάρος | 0,945 | kg |
| Υλικό | Al |
|
| Θερμοκρασία λειτουργίας | -40-+85 | °C |
| RM-BDHA9395-22 | ||
| Παράμετροι | Τυπικός | Μονάδες |
| Εύρος συχνοτήτων | 93-95 | GHz |
| Κέρδος | 22 Τυπ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Τυπ. |
|
| Πόλωση | Διπλός Γραμμικός |
|
| Διασταυρούμενη Απομόνωση | 60 Τυπ. | dB |
| Απομόνωση Λιμένα | 67 Τυπ. | dB |
| Σύνδεση | WR10 |
|
| Υλικό | Cu |
|
| Φινίρισμα | Χρυσαφένιος |
|
| Μέγεθος(Μ*Π*Υ) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Βάρος | 0,015 | kg |
Ώρα δημοσίευσης: 11 Απριλίου 2024
