مهندسان الکترونیک می‌دانند که آنتن‌ها سیگنال‌ها را به شکل امواج انرژی الکترومغناطیسی (EM) که توسط معادلات ماکسول توصیف می‌شوند، ارسال و دریافت می‌کنند. همانند بسیاری از مباحث، این معادلات و انتشار، خواص الکترومغناطیس، را می‌توان در سطوح مختلف، از اصطلاحات نسبتاً کیفی گرفته تا معادلات پیچیده، مورد مطالعه قرار داد.
جنبه‌های زیادی برای انتشار انرژی الکترومغناطیسی وجود دارد که یکی از آنها قطبش است که می‌تواند درجات مختلفی از تأثیر یا نگرانی را در کاربردها و طراحی آنتن‌های آنها داشته باشد. اصول اساسی قطبش در مورد تمام تابش‌های الکترومغناطیسی، از جمله RF/بی‌سیم، انرژی نوری، اعمال می‌شود و اغلب در کاربردهای نوری مورد استفاده قرار می‌گیرد.
قطبش آنتن چیست؟
قبل از درک قطبش، ابتدا باید اصول اولیه امواج الکترومغناطیسی را درک کنیم. این امواج از میدان‌های الکتریکی (میدان‌های E) و میدان‌های مغناطیسی (میدان‌های H) تشکیل شده‌اند و در یک جهت حرکت می‌کنند. میدان‌های E و H بر یکدیگر و بر جهت انتشار موج تخت عمود هستند.
قطبش به صفحه میدان الکتریکی از منظر فرستنده سیگنال اشاره دارد: برای قطبش افقی، میدان الکتریکی در صفحه افقی به طرفین حرکت می‌کند، در حالی که برای قطبش عمودی، میدان الکتریکی در صفحه عمودی به بالا و پایین نوسان می‌کند. (شکل 1).
شکل ۱: امواج انرژی الکترومغناطیسی از مؤلفه‌های میدان E و H که بر هم عمودند تشکیل شده‌اند
قطبش خطی و قطبش دایره‌ای
حالت‌های قطبش شامل موارد زیر است:
در قطبش خطی پایه، دو قطبش ممکن عمود بر یکدیگر هستند (شکل 2). در تئوری، یک آنتن گیرنده با قطبش افقی، سیگنالی از یک آنتن با قطبش عمودی را "نمی‌بیند" و برعکس، حتی اگر هر دو با فرکانس یکسانی کار کنند. هرچه آنها بهتر تراز شوند، سیگنال بیشتری دریافت می‌شود و انتقال انرژی زمانی که قطبش‌ها مطابقت دارند، به حداکثر می‌رسد.
شکل ۲: قطبش خطی دو گزینه قطبش را در زاویه قائمه نسبت به یکدیگر ارائه می‌دهد
قطبش مایل آنتن نوعی قطبش خطی است. مانند قطبش افقی و عمودی پایه، این قطبش فقط در محیط زمینی معنی دارد. قطبش مایل با زاویه ±۴۵ درجه نسبت به صفحه مرجع افقی است. در حالی که این در واقع فقط شکل دیگری از قطبش خطی است، اصطلاح "خطی" معمولاً فقط به آنتن‌های با قطبش افقی یا عمودی اشاره دارد.
با وجود برخی تلفات، سیگنال‌های ارسالی (یا دریافتی) توسط آنتن مورب فقط با آنتن‌های قطبی‌شده افقی یا عمودی امکان‌پذیر هستند. آنتن‌های قطبی‌شده مایل زمانی مفید هستند که قطبش یک یا هر دو آنتن ناشناخته باشد یا در حین استفاده تغییر کند.
قطبش دایره‌ای (CP) پیچیده‌تر از قطبش خطی است. در این حالت، قطبش نشان داده شده توسط بردار میدان E با انتشار سیگنال می‌چرخد. وقتی به سمت راست (از فرستنده) چرخانده شود، قطبش دایره‌ای، قطبش دایره‌ای راست‌گرد (RHCP) نامیده می‌شود؛ وقتی به سمت چپ چرخانده شود، قطبش دایره‌ای چپ‌گرد (LHCP) نامیده می‌شود (شکل 3)
شکل ۳: در قطبش دایره‌ای، بردار میدان E یک موج الکترومغناطیسی می‌چرخد؛ این چرخش می‌تواند راست‌گرد یا چپ‌گرد باشد
یک سیگنال CP از دو موج متعامد تشکیل شده است که با هم اختلاف فاز دارند. برای تولید سیگنال CP سه شرط لازم است. میدان E باید از دو مؤلفه متعامد تشکیل شده باشد؛ این دو مؤلفه باید 90 درجه اختلاف فاز داشته باشند و دامنه آنها برابر باشد. یک راه ساده برای تولید CP استفاده از آنتن مارپیچی است.
قطبش بیضوی (EP) نوعی قطبش بیضوی است. امواج قطبش بیضوی، بهره‌ای هستند که توسط دو موج قطبش خطی، مانند امواج CP، تولید می‌شوند. وقتی دو موج قطبش خطی عمود بر هم با دامنه‌های نابرابر ترکیب می‌شوند، یک موج قطبش بیضوی تولید می‌شود.
عدم تطابق قطبش بین آنتن‌ها با ضریب تلفات قطبش (PLF) توصیف می‌شود. این پارامتر بر حسب دسی‌بل (dB) بیان می‌شود و تابعی از اختلاف زاویه قطبش بین آنتن‌های فرستنده و گیرنده است. از لحاظ تئوری، PLF می‌تواند از 0 dB (بدون تلفات) برای یک آنتن کاملاً تراز شده تا بی‌نهایت dB (تلفات بی‌نهایت) برای یک آنتن کاملاً متعامد متغیر باشد.
با این حال، در واقعیت، هم‌ترازی (یا ناهم‌ترازی) قطبش کامل نیست زیرا موقعیت مکانیکی آنتن، رفتار کاربر، اعوجاج کانال، بازتاب‌های چندمسیره و سایر پدیده‌ها می‌توانند باعث ایجاد مقداری اعوجاج زاویه‌ای در میدان الکترومغناطیسی منتقل شده شوند. در ابتدا، 10 تا 30 دسی‌بل یا بیشتر "نشت" قطبش متقاطع سیگنال از قطبش متعامد وجود خواهد داشت که در برخی موارد ممکن است برای تداخل با بازیابی سیگنال مورد نظر کافی باشد.
در مقابل، PLF واقعی برای دو آنتن هم‌راستا با قطبش ایده‌آل، بسته به شرایط، ممکن است 10 دسی‌بل، 20 دسی‌بل یا بیشتر باشد و ممکن است مانع بازیابی سیگنال شود. به عبارت دیگر، قطبش متقاطع ناخواسته و PLF می‌توانند با تداخل با سیگنال مورد نظر یا کاهش قدرت سیگنال مورد نظر، به هر دو صورت عمل کنند.
چرا باید به قطبی شدن اهمیت داد؟
قطبش به دو صورت عمل می‌کند: هرچه دو آنتن در یک راستا باشند و قطبش یکسانی داشته باشند، قدرت سیگنال دریافتی بهتر است. برعکس، قطبش ضعیف باعث می‌شود گیرنده‌ها، چه گیرنده‌های مورد نظر و چه گیرنده‌های ناراضی، نتوانند به اندازه کافی سیگنال مورد نظر را دریافت کنند. در بسیاری از موارد، «کانال» قطبش ارسالی را تحریف می‌کند، یا یک یا هر دو آنتن در یک جهت ثابت و ایستا قرار ندارند.
انتخاب نوع قطبش معمولاً به محل نصب یا شرایط جوی بستگی دارد. برای مثال، یک آنتن با قطبش افقی، هنگام نصب در نزدیکی سقف، عملکرد بهتری خواهد داشت و قطبش خود را حفظ می‌کند؛ برعکس، یک آنتن با قطبش عمودی، هنگام نصب در نزدیکی دیوار جانبی، عملکرد بهتری خواهد داشت و عملکرد قطبش خود را حفظ می‌کند.
آنتن دوقطبی پرکاربرد (ساده یا تاشو) در جهت نصب "معمولی" خود به صورت افقی قطبی شده است (شکل 4) و اغلب 90 درجه چرخانده می‌شود تا در صورت نیاز، قطبش عمودی را به خود بگیرد یا از یک حالت قطبش ترجیحی پشتیبانی کند (شکل 5).
شکل ۴: یک آنتن دوقطبی معمولاً به صورت افقی روی دکل خود نصب می‌شود تا قطبش افقی ایجاد کند.
شکل ۵: برای کاربردهایی که نیاز به قطبش عمودی دارند، آنتن دوقطبی را می‌توان بر اساس محل قرارگیری آنتن نصب کرد.
قطبش عمودی معمولاً برای رادیوهای سیار دستی، مانند آنهایی که توسط امدادگران استفاده می‌شوند، استفاده می‌شود، زیرا بسیاری از طرح‌های آنتن رادیویی با قطبش عمودی، الگوی تابش همه‌جهته را نیز ارائه می‌دهند. بنابراین، چنین آنتن‌هایی حتی اگر جهت رادیو و آنتن تغییر کند، نیازی به تغییر جهت ندارند.
آنتن‌های فرکانس بالای (HF) با فرکانس 3 تا 30 مگاهرتز معمولاً به صورت سیم‌های بلند ساده‌ای ساخته می‌شوند که به صورت افقی بین براکت‌ها به هم متصل شده‌اند. طول آن با طول موج (10 تا 100 متر) تعیین می‌شود. این نوع آنتن به طور طبیعی قطبیت افقی دارد.
شایان ذکر است که اشاره به این باند به عنوان "فرکانس بالا" از دهه‌ها پیش آغاز شد، زمانی که 30 مگاهرتز در واقع فرکانس بالا محسوب می‌شد. اگرچه این توصیف اکنون منسوخ شده به نظر می‌رسد، اما یک نامگذاری رسمی توسط اتحادیه بین‌المللی مخابرات است و هنوز هم به طور گسترده مورد استفاده قرار می‌گیرد.
قطبش ترجیحی را می‌توان به دو روش تعیین کرد: یا استفاده از امواج زمینی برای سیگنال‌دهی قوی‌تر در برد کوتاه توسط تجهیزات پخش با استفاده از باند موج متوسط (MW) 300 کیلوهرتز - 3 مگاهرتز، یا استفاده از امواج آسمانی برای فواصل طولانی‌تر از طریق پیوند یونوسفر. به طور کلی، آنتن‌های قطبی‌شده عمودی انتشار موج زمینی بهتری دارند، در حالی که آنتن‌های قطبی‌شده افقی عملکرد موج آسمانی بهتری دارند.
قطبش دایره‌ای به طور گسترده برای ماهواره‌ها استفاده می‌شود زیرا جهت ماهواره نسبت به ایستگاه‌های زمینی و سایر ماهواره‌ها دائماً در حال تغییر است. راندمان بین آنتن‌های فرستنده و گیرنده زمانی بیشترین است که هر دو به صورت دایره‌ای قطبش داشته باشند، اما آنتن‌های با قطبش خطی را می‌توان با آنتن‌های CP استفاده کرد، اگرچه ضریب تلفات قطبش وجود دارد.
قطبش نیز برای سیستم‌های 5G مهم است. برخی از آرایه‌های آنتن چند ورودی/چند خروجی (MIMO) 5G با استفاده از قطبش برای استفاده کارآمدتر از طیف موجود، به افزایش توان عملیاتی دست می‌یابند. این امر با استفاده از ترکیبی از قطبش‌های سیگنال مختلف و مالتی پلکسینگ فضایی آنتن‌ها (تنوع فضایی) حاصل می‌شود.
این سیستم می‌تواند دو جریان داده را ارسال کند زیرا جریان‌های داده توسط آنتن‌های مستقل با قطبش متعامد به هم متصل شده‌اند و می‌توانند به طور مستقل بازیابی شوند. حتی اگر به دلیل اعوجاج مسیر و کانال، بازتاب‌ها، چندمسیری و سایر نقص‌ها، مقداری قطبش متقاطع وجود داشته باشد، گیرنده از الگوریتم‌های پیچیده‌ای برای بازیابی هر سیگنال اصلی استفاده می‌کند که منجر به نرخ خطای بیت (BER) پایین و در نهایت بهبود استفاده از طیف می‌شود.
در نتیجه
قطبش یک ویژگی مهم آنتن است که اغلب نادیده گرفته می‌شود. قطبش خطی (شامل افقی و عمودی)، قطبش مایل، قطبش دایره‌ای و قطبش بیضوی برای کاربردهای مختلف استفاده می‌شوند. محدوده عملکرد RF انتها به انتها که یک آنتن می‌تواند به آن دست یابد، به جهت‌گیری و تراز نسبی آن بستگی دارد. آنتن‌های استاندارد قطبش‌های متفاوتی دارند و برای بخش‌های مختلف طیف مناسب هستند و قطبش ترجیحی را برای کاربرد هدف فراهم می‌کنند.
محصولات پیشنهادی：
| RM-DPHA2030-15 | ||
| پارامترها | معمولی | واحدها |
| محدوده فرکانس | ۲۰-۳۰ | گیگاهرتز |
| سود | ۱۵ نوع. | dBi |
| VSWR | ۱.۳ نوع | |
| قطبش | دوگانه خطی | |
| ایزولاسیون متقاطع | ۶۰ نوع. | dB |
| ایزولاسیون پورت | ۷۰ نوع. | dB |
| کانکتور | اس ام ای-Fایمالین | |
| مواد | Al | |
| اتمام | رنگ | |
| اندازه(طول * عرض * ارتفاع) | ۸۳.۹ * ۳۹.۶ * ۶۹.۴ (±5) | mm |
| وزن | ۰.۰۷۴ | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| مورد | مشخصات | واحد |
| محدوده فرکانس | ۱-۱۸ | گیگاهرتز |
| سود | 10 نوع. | dBi |
| VSWR | ۱.۵ نوع. | |
| قطبش | خطی | |
| ایزولاسیون متقاطع | 30 نوع. | dB |
| کانکتور | SMA-زن | |
| اتمام | Pنیست | |
| مواد | Al | |
| اندازه(طول * عرض * ارتفاع) | ۱۸۲.۴ * ۱۸۵.۱ * ۱۱۶.۶ (±5) | mm |
| وزن | ۰.۶۰۳ | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| پارامترها | معمولی | واحدها |
| محدوده فرکانس | ۲-۱۸ | گیگاهرتز |
| سود | ۱۵ نوع. | dBi |
| VSWR | ۱.۵ نوع. |
|
| قطبش | دوگانه خطی |
|
| ایزولاسیون متقاطع | 40 | dB |
| ایزولاسیون پورت | 40 | dB |
| کانکتور | SMA-F |
|
| درمان سطحی | Pنیست |
|
| اندازه(طول * عرض * ارتفاع) | ۲۷۶*۱۴۷*۱۴۷(±5) | mm |
| وزن | ۰.۹۴۵ | kg |
| مواد | Al |
|
| دمای عملیاتی | ۴۰--+۸۵ | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| پارامترها | معمولی | واحدها |
| محدوده فرکانس | ۹۳-۹۵ | گیگاهرتز |
| سود | ۲۲ نوع. | dBi |
| VSWR | ۱.۳ نوع |
|
| قطبش | دوگانه خطی |
|
| ایزولاسیون متقاطع | ۶۰ نوع. | dB |
| ایزولاسیون پورت | ۶۷ نوع. | dB |
| کانکتور | WR10 |
|
| مواد | Cu |
|
| اتمام | طلایی |
|
| اندازه(طول * عرض * ارتفاع) | ۶۹.۳ * ۱۹.۱ * ۲۱.۲ (±5) | mm |
| وزن | ۰.۰۱۵ | kg |
زمان ارسال: ۱۱ آوریل ۲۰۲۴
