Οι ηλεκτρονικοί μηχανικοί γνωρίζουν ότι οι κεραίες στέλνουν και λαμβάνουν σήματα με τη μορφή κυμάτων ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας (EM) που περιγράφονται από τις εξισώσεις του Maxwell. Όπως συμβαίνει με πολλά θέματα, αυτές οι εξισώσεις και η διάδοση, οι ιδιότητες του ηλεκτρομαγνητισμού, μπορούν να μελετηθούν σε διαφορετικά επίπεδα, από σχετικά ποιοτικούς όρους έως σύνθετες 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 στον σχεδιασμό της κεραίας τους. Οι βασικές αρχές της πόλωσης ισχύουν για όλη την ηλεκτρομαγνητική ακτινοβολία, συμπεριλαμβανομένης της ραδιοσυχνότητας/ασύρματης, της οπτικής ενέργειας, και χρησιμοποιούνται συχνά σε οπτικές εφαρμογές.
Τι είναι η πόλωση 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 επιπέδου κύματος.
Η πόλωση αναφέρεται στο επίπεδο του πεδίου Ε από την προοπτική του πομπού σήματος: για την οριζόντια πόλωση, το ηλεκτρικό πεδίο θα κινείται πλάγια στο οριζόντιο επίπεδο, ενώ για την κατακόρυφη πόλωση, το ηλεκτρικό πεδίο θα ταλαντώνεται προς τα πάνω και προς τα κάτω στο κατακόρυφο επίπεδο. σχήμα 1).
Σχήμα 1: Τα κύματα ηλεκτρομαγνητικής ενέργειας αποτελούνται από αμοιβαία κάθετες συνιστώσες πεδίου Ε και Η
Γραμμική πόλωση και κυκλική πόλωση
Οι τρόποι πόλωσης περιλαμβάνουν τα ακόλουθα:
Στη βασική γραμμική πόλωση, οι δύο πιθανές πολώσεις είναι ορθογώνιες (κάθετες) μεταξύ τους (Εικόνα 2). Θεωρητικά, μια οριζόντια πολωμένη κεραία λήψης δεν θα «βλέπει» σήμα από μια κατακόρυφα πολωμένη κεραία και το αντίστροφο, ακόμα κι αν και οι δύο λειτουργούν στην ίδια συχνότητα. Όσο καλύτερα είναι ευθυγραμμισμένα, τόσο περισσότερο σήμα συλλαμβάνεται και η μεταφορά ενέργειας μεγιστοποιείται όταν ταιριάζουν οι πολώσεις.
Εικόνα 2: Η γραμμική πόλωση παρέχει δύο επιλογές πόλωσης σε ορθή γωνία μεταξύ τους
Η λοξή πόλωση της κεραίας είναι ένας τύπος γραμμικής πόλωσης. Όπως η βασική οριζόντια και κάθετη πόλωση, αυτή η πόλωση έχει νόημα μόνο σε ένα επίγειο περιβάλλον. Η λοξή πόλωση είναι υπό γωνία ±45 μοιρών ως προς το οριζόντιο επίπεδο αναφοράς. Ενώ αυτό είναι πραγματικά απλώς μια άλλη μορφή γραμμικής πόλωσης, ο όρος "γραμμική" συνήθως αναφέρεται μόνο σε οριζόντια ή κάθετα πολωμένες κεραίες.
Παρά ορισμένες απώλειες, τα σήματα που αποστέλλονται (ή λαμβάνονται) από μια διαγώνια κεραία είναι εφικτά μόνο με οριζόντια ή κάθετα πολωμένη κεραία. Οι λοξά πολωμένες κεραίες είναι χρήσιμες όταν η πόλωση μιας ή και των δύο κεραιών είναι άγνωστη ή αλλάζει κατά τη χρήση.
Η κυκλική πόλωση (CP) είναι πιο περίπλοκη από τη γραμμική πόλωση. Σε αυτόν τον τρόπο λειτουργίας, η πόλωση που αντιπροσωπεύεται από το διάνυσμα πεδίου Ε περιστρέφεται καθώς διαδίδεται το σήμα. Όταν περιστρέφεται προς τα δεξιά (κοιτάζοντας έξω από τον πομπό), η κυκλική πόλωση ονομάζεται δεξιόστροφη κυκλική πόλωση (RHCP). όταν περιστρέφεται προς τα αριστερά, αριστερόστροφη κυκλική πόλωση (LHCP) (Εικόνα 3)
Σχήμα 3: Στην κυκλική πόλωση, το διάνυσμα πεδίου Ε ενός ηλεκτρομαγνητικού κύματος περιστρέφεται. αυτή η περιστροφή μπορεί να είναι δεξιόχειρας ή αριστερόχειρας
Ένα σήμα CP αποτελείται από δύο ορθογώνια κύματα που είναι εκτός φάσης. Τρεις συνθήκες απαιτούνται για τη δημιουργία ενός σήματος CP. Το πεδίο E πρέπει να αποτελείται από δύο ορθογώνια στοιχεία. τα δύο εξαρτήματα πρέπει να είναι 90 μοίρες εκτός φάσης και ίσα 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 συνδυάζονται δύο αμοιβαία κάθετα γραμμικά πολωμένα κύματα με άνισα πλάτη, παράγεται ένα ελλειπτικά πολωμένο κύμα.
Η αναντιστοιχία πόλωσης μεταξύ των κεραιών περιγράφεται από τον παράγοντα απώλειας πόλωσης (PLF). Αυτή η παράμετρος εκφράζεται σε ντεσιμπέλ (dB) και είναι συνάρτηση της διαφοράς στη γωνία πόλωσης μεταξύ της κεραίας εκπομπής και λήψης. Θεωρητικά, το PLF μπορεί να κυμαίνεται από 0 dB (χωρίς απώλεια) για μια τέλεια ευθυγραμμισμένη κεραία έως άπειρα dB (άπειρη απώλεια) για μια τέλεια ορθογώνια κεραία.
Στην πραγματικότητα, ωστόσο, η ευθυγράμμιση (ή κακή ευθυγράμμιση) της πόλωσης δεν είναι τέλεια επειδή η μηχανική θέση της κεραίας, η συμπεριφορά του χρήστη, η παραμόρφωση καναλιού, οι ανακλάσεις πολλαπλών διαδρομών και άλλα φαινόμενα μπορούν να προκαλέσουν κάποια γωνιακή παραμόρφωση του εκπεμπόμενου ηλεκτρομαγνητικού πεδίου. Αρχικά, θα υπάρχει "διαρροή" διασταυρούμενης πόλωσης σήματος 10 - 30 dB ή περισσότερο από την ορθογώνια πόλωση, η οποία σε ορισμένες περιπτώσεις μπορεί να είναι αρκετή για να παρεμποδίσει την ανάκτηση του επιθυμητού σήματος.
Αντίθετα, το πραγματικό PLF για δύο ευθυγραμμισμένες κεραίες με ιδανική πόλωση μπορεί να είναι 10 dB, 20 dB ή μεγαλύτερο, ανάλογα με τις περιστάσεις και μπορεί να εμποδίσει την ανάκτηση σήματος. Με άλλα λόγια, η ακούσια διασταυρούμενη πόλωση και το PLF μπορούν να λειτουργήσουν και με τους δύο τρόπους παρεμποδίζοντας το επιθυμητό σήμα ή μειώνοντας την επιθυμητή ισχύ σήματος.
Γιατί νοιάζεται για την 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 πόλωσης καθιστά πιο δύσκολο για τους δέκτες, είτε προοριζόμενους είτε μη ικανοποιημένους, να συλλάβουν αρκετό από το σήμα ενδιαφέροντος. Σε πολλές περιπτώσεις, το «κανάλι» παραμορφώνει την εκπεμπόμενη πόλωση ή η μία ή και οι δύο κεραίες δεν βρίσκονται σε σταθερή στατική κατεύθυνση.
Η επιλογή του ποια πόλωση θα χρησιμοποιηθεί καθορίζεται συνήθως από την εγκατάσταση ή τις ατμοσφαιρικές συνθήκες. Για παράδειγμα, μια οριζόντια πολωμένη κεραία θα έχει καλύτερη απόδοση και θα διατηρήσει την πόλωσή της όταν εγκατασταθεί κοντά στην οροφή. Αντίθετα, μια κατακόρυφα πολωμένη κεραία θα έχει καλύτερη απόδοση και θα διατηρήσει την απόδοση πόλωσής της όταν εγκατασταθεί κοντά σε ένα πλευρικό τοίχωμα.
Η ευρέως χρησιμοποιούμενη διπολική κεραία (απλή ή διπλωμένη) είναι οριζόντια πολωμένη στον "κανονικό" προσανατολισμό τοποθέτησης (Εικόνα 4) και συχνά περιστρέφεται 90 μοίρες για να υποθέσει κάθετη πόλωση όταν απαιτείται ή για να υποστηρίξει μια προτιμώμενη λειτουργία πόλωσης (Εικόνα 5).
Εικόνα 4: Μια διπολική κεραία συνήθως τοποθετείται οριζόντια στον ιστό της για να παρέχει οριζόντια πόλωση
Εικόνα 5: Για εφαρμογές που απαιτούν κατακόρυφη πόλωση, η διπολική κεραία μπορεί να τοποθετηθεί ανάλογα στο σημείο που πιάνει η κεραία
Η κατακόρυφη πόλωση χρησιμοποιείται συνήθως για φορητά φορητά ραδιόφωνα, όπως αυτά που χρησιμοποιούνται από τους πρώτους ανταποκριτές, επειδή πολλά κατακόρυφα πολωμένα σχέδια κεραιών ραδιοφώνου παρέχουν επίσης ένα μοτίβο πανκατευθυντικής ακτινοβολίας. Επομένως, τέτοιες κεραίες δεν χρειάζεται να επαναπροσανατολιστούν ακόμη και αν αλλάξει η κατεύθυνση του ραδιοφώνου και της κεραίας.
Οι κεραίες συχνότητας 3 - 30 MHz υψηλής συχνότητας (HF) κατασκευάζονται συνήθως ως απλά μακρά καλώδια που δένονται μεταξύ τους οριζόντια μεταξύ των βραχιόνων. Το μήκος του καθορίζεται από το μήκος κύματος (10 - 100 m). Αυτός ο τύπος κεραίας είναι φυσικά οριζόντια πολωμένος.
Αξίζει να σημειωθεί ότι η αναφορά σε αυτή τη ζώνη ως «υψηλής συχνότητας» ξεκίνησε πριν από δεκαετίες, όταν τα 30 MHz ήταν όντως υψηλή συχνότητα. Αν και αυτή η περιγραφή φαίνεται τώρα να είναι ξεπερασμένη, είναι επίσημη ονομασία από τη Διεθνή Ένωση Τηλεπικοινωνιών και εξακολουθεί να χρησιμοποιείται ευρέως.
Η προτιμώμενη πόλωση μπορεί να προσδιοριστεί με δύο τρόπους: είτε με χρήση κυμάτων εδάφους για ισχυρότερη σηματοδότηση μικρής εμβέλειας από εξοπλισμό εκπομπής χρησιμοποιώντας τη ζώνη μεσαίων κυμάτων 300 kHz - 3 MHz (MW), είτε με χρήση κυμάτων ουρανού για μεγαλύτερες αποστάσεις μέσω του συνδέσμου ιονόσφαιρας. Σε γενικές γραμμές, οι κατακόρυφα πολωμένες κεραίες έχουν καλύτερη διάδοση κυμάτων εδάφους, ενώ οι οριζόντια πολωμένες κεραίες έχουν καλύτερη απόδοση κυμάτων ουρανού.
Η κυκλική πόλωση χρησιμοποιείται ευρέως για 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 μεγαλύτερη όταν και οι δύο είναι κυκλικά πολωμένες, αλλά οι γραμμικά πολωμένες κεραίες μπορούν να χρησιμοποιηθούν με κεραίες CP, αν και υπάρχει παράγοντας απώλειας πόλωσης.
Η πόλωση είναι επίσης σημαντική για τα συστήματα 5G. Ορισμένες συστοιχίες κεραιών πολλαπλής εισόδου/πολλαπλής εξόδου (MIMO) 5G επιτυγχάνουν αυξημένη απόδοση χρησιμοποιώντας την πόλωση για την αποτελεσματικότερη χρήση του διαθέσιμου φάσματος. Αυτό επιτυγχάνεται χρησιμοποιώντας έναν συνδυασμό διαφορετικών πόλωσης σήματος και χωρικής πολυπλεξίας των κεραιών (διαστημική διαφοροποίηση).
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 χρήση φάσματος.
εν κατακλείδι
Η πόλωση είναι μια σημαντική ιδιότητα της κεραίας που συχνά παραβλέπεται. Η γραμμική (συμπεριλαμβανομένης της οριζόντιας και κάθετης) πόλωση, η λοξή πόλωση, η κυκλική πόλωση και η ελλειπτική πόλωση χρησιμοποιούνται για διαφορετικές εφαρμογές. Το εύρος απόδοσης ραδιοσυχνοτήτων 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.
Προτεινόμενα προϊόντα:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Παράμετροι | Τυπικός | Μονάδες |
| Εύρος Συχνοτήτων | 20-30 | GHz |
| Κέρδος | 15 Τύπος. | dBi |
| VSWR | 1.3 Τύπος. | |
| Πόλωση | Διπλός Γραμμικός | |
| Σταυρός Πολ. Απομόνωση | 60 Τυπ. | dB |
| Απομόνωση λιμανιού | 70 Τυπ. | dB |
| Συνδετήρας | SMA-Female | |
| 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 Τύπος. | dBi |
| VSWR | 1.5 Τύπος. | |
| Πόλωση | Γραμμικός | |
| Cross Po. Απομόνωση | 30 Τυπ. | dB |
| Συνδετήρας | SMA-Γυναικείο | |
| Φινίρισμα | Pδεν είναι | |
| 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 Τύπος. | dBi |
| VSWR | 1.5 Τύπος. |
|
| Πόλωση | Διπλός Γραμμικός |
|
| Σταυρός Πολ. Απομόνωση | 40 | dB |
| Απομόνωση λιμανιού | 40 | dB |
| Συνδετήρας | SMA-F |
|
| Επεξεργασία Επιφανειών | Pδεν είναι |
|
| Μέγεθος(Μ*Π*Υ) | 276*147*147(±5) | mm |
| Βάρος | 0,945 | kg |
| Υλικό | Al |
|
| Θερμοκρασία λειτουργίας | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Παράμετροι | Τυπικός | Μονάδες |
| Εύρος Συχνοτήτων | 93-95 | GHz |
| Κέρδος | 22 Τυπ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Τύπος. |
|
| Πόλωση | Διπλός Γραμμικός |
|
| Σταυρός Πολ. Απομόνωση | 60 Τυπ. | dB |
| Απομόνωση λιμανιού | 67 Τυπ. | dB |
| Συνδετήρας | WR10 |
|
| Υλικό | Cu |
|
| Φινίρισμα | Χρυσαφένιος |
|
| Μέγεθος(Μ*Π*Υ) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Βάρος | 0,015 | kg |
Ώρα δημοσίευσης: Απρ-11-2024
