مهندسان الکترونیک می دانند که آنتن ها سیگنال هایی را به شکل امواج انرژی الکترومغناطیسی (EM) ارسال و دریافت می کنند که توسط معادلات ماکسول توصیف شده است.مانند بسیاری از موضوعات، این معادلات، و انتشار، خواص الکترومغناطیس را می توان در سطوح مختلف، از اصطلاحات نسبتاً کیفی گرفته تا معادلات پیچیده، مورد مطالعه قرار داد.
جنبه‌های زیادی برای انتشار انرژی الکترومغناطیسی وجود دارد، یکی از آنها پلاریزاسیون است که می‌تواند درجات مختلفی از تأثیر یا نگرانی در کاربردها و طراحی آنتن‌های آنها داشته باشد.اصول اولیه پلاریزاسیون برای تمام تابش های الکترومغناطیسی، از جمله RF / بی سیم، انرژی نوری اعمال می شود و اغلب در کاربردهای نوری استفاده می شود.
پلاریزاسیون آنتن چیست؟
قبل از درک پلاریزاسیون، ابتدا باید اصول اولیه امواج الکترومغناطیسی را درک کنیم.این امواج از میدان های الکتریکی (میدان های E) و میدان های مغناطیسی (میدان های H) تشکیل شده اند و در یک جهت حرکت می کنند.میدان های E و H بر یکدیگر و بر جهت انتشار موج صفحه عمود هستند.
پلاریزاسیون از منظر فرستنده سیگنال به صفحه میدان E اشاره دارد: برای قطبش افقی، میدان الکتریکی در صفحه افقی به طرفین حرکت می کند، در حالی که برای قطبش عمودی، میدان الکتریکی در صفحه عمودی به سمت بالا و پایین نوسان می کند. شکل 1).
شکل 1: امواج انرژی الکترومغناطیسی از اجزای میدان E و H عمود بر یکدیگر تشکیل شده است.
قطبش خطی و قطبش دایره ای
حالت های پلاریزاسیون شامل موارد زیر است:
در قطبش خطی پایه، دو قطبش ممکن متعامد (عمود بر هم) هستند (شکل 2).در تئوری، یک آنتن گیرنده پلاریزه افقی سیگنالی را از یک آنتن پلاریزه عمودی نمی بیند و بالعکس، حتی اگر هر دو در یک فرکانس کار کنند.هرچه تراز بهتری داشته باشند، سیگنال بیشتری گرفته می شود و زمانی که قطبش ها مطابقت دارند، انتقال انرژی به حداکثر می رسد.
شکل 2: پلاریزاسیون خطی دو گزینه پلاریزاسیون را در زوایای قائمه نسبت به یکدیگر فراهم می کند
پلاریزاسیون مایل آنتن نوعی پلاریزاسیون خطی است.مانند قطبش افقی و عمودی اساسی، این قطبش فقط در یک محیط زمینی معنا دارد.قطبش مایل در زاویه 45± درجه نسبت به صفحه مرجع افقی است.در حالی که این واقعاً فقط شکل دیگری از قطبش خطی است، اصطلاح "خطی" معمولاً فقط به آنتن های پلاریزه افقی یا عمودی اشاره دارد.
علی‌رغم برخی تلفات، سیگنال‌های ارسالی (یا دریافتی) توسط آنتن مورب فقط با آنتن‌های پلاریزه افقی یا عمودی امکان‌پذیر است.آنتن های پلاریزه مورب زمانی مفید هستند که قطبش یک یا هر دو آنتن ناشناخته باشد یا در حین استفاده تغییر کند.
قطبش دایره ای (CP) پیچیده تر از قطبش خطی است.در این حالت، قطبش نشان داده شده توسط بردار میدان E با انتشار سیگنال می چرخد.هنگامی که به سمت راست می چرخد (از فرستنده به بیرون نگاه می کند)، قطبش دایره ای قطبش دایره ای راست دست (RHCP) نامیده می شود.هنگام چرخش به چپ، قطبش دایره ای چپ دست (LHCP) (شکل 3)
شکل 3: در قطبش دایره ای، بردار میدان E یک موج الکترومغناطیسی می چرخد.این چرخش می تواند به صورت راست دست یا چپ دست باشد
یک سیگنال CP از دو موج متعامد تشکیل شده است که خارج از فاز هستند.برای تولید سیگنال CP سه شرط لازم است.فیلد E باید از دو جزء متعامد تشکیل شده باشد.دو جزء باید 90 درجه خارج از فاز و از نظر دامنه برابر باشند.یک راه ساده برای تولید CP استفاده از آنتن مارپیچ است.
پلاریزاسیون بیضوی (EP) نوعی CP است.امواج قطبی بیضوی بهره ای هستند که توسط دو موج قطبی خطی مانند امواج CP تولید می شود.هنگامی که دو موج پلاریزه خطی عمود بر یکدیگر با دامنه های نابرابر با هم ترکیب شوند، یک موج قطبی بیضوی تولید می شود.
عدم تطابق پلاریزاسیون بین آنتن ها توسط ضریب کاهش پلاریزاسیون (PLF) توصیف می شود.این پارامتر بر حسب دسی بل (dB) بیان می شود و تابعی از تفاوت زاویه قطبش بین آنتن های فرستنده و گیرنده است.از نظر تئوری، PLF می تواند از 0 دسی بل (بدون تلفات) برای یک آنتن کاملاً تراز تا دسی بل بی نهایت (اتلاف بی نهایت) برای یک آنتن کاملا متعامد متغیر باشد.
با این حال، در واقعیت، هم ترازی (یا ناهماهنگی) قطبش کامل نیست زیرا موقعیت مکانیکی آنتن، رفتار کاربر، اعوجاج کانال، انعکاس چند مسیره و سایر پدیده‌ها می‌تواند باعث ایجاد انحراف زاویه‌ای میدان الکترومغناطیسی ارسالی شود.در ابتدا، 10 تا 30 دسی بل یا بیشتر "نشت" قطبش متقاطع سیگنال از قطبش متعامد وجود خواهد داشت، که در برخی موارد ممکن است برای تداخل در بازیابی سیگنال مورد نظر کافی باشد.
در مقابل، PLF واقعی برای دو آنتن هم تراز با قطبش ایده آل ممکن است بسته به شرایط 10 دسی بل، 20 دسی بل یا بیشتر باشد و ممکن است بازیابی سیگنال را مختل کند.به عبارت دیگر، قطبش متقاطع ناخواسته و PLF می توانند با تداخل در سیگنال مورد نظر یا کاهش قدرت سیگنال مورد نظر، به هر دو صورت عمل کنند.
چرا به قطبی شدن اهمیت می دهیم؟
پلاریزاسیون به دو صورت عمل می کند: هر چه دو آنتن تراز و پلاریزاسیون یکسانی داشته باشند، قدرت سیگنال دریافتی بهتر است.برعکس، هم ترازی قطبی ضعیف، گرفتن سیگنال مورد نظر را برای گیرنده ها، چه در نظر گرفته شده و چه ناراضی، دشوارتر می کند.در بسیاری از موارد، "کانال" قطبش ارسالی را مخدوش می کند، یا یک یا هر دو آنتن در یک جهت ثابت ثابت نیستند.
انتخاب پلاریزاسیون مورد استفاده معمولاً با نصب یا شرایط جوی تعیین می شود.به عنوان مثال، یک آنتن پلاریزه افقی عملکرد بهتری خواهد داشت و قطبش خود را هنگام نصب در نزدیکی سقف حفظ می کند.برعکس، یک آنتن پلاریزه عمودی عملکرد بهتری دارد و عملکرد پلاریزاسیون خود را هنگامی که در نزدیکی دیوار جانبی نصب می شود حفظ می کند.
آنتن دوقطبی پرکاربرد (ساده یا تا شده) در جهت نصب "عادی" خود به صورت افقی پلاریزه می شود (شکل 4) و اغلب 90 درجه چرخانده می شود تا در صورت لزوم قطبش عمودی را فرض کند یا از حالت قطبش ترجیحی پشتیبانی کند (شکل 5).
شکل 4: یک آنتن دوقطبی معمولاً به صورت افقی روی دکل آن نصب می شود تا قطبش افقی ایجاد کند.
شکل 5: برای کاربردهایی که نیاز به پلاریزاسیون عمودی دارند، آنتن دوقطبی را می توان بر این اساس در جایی که آنتن می گیرد نصب کرد.
پلاریزاسیون عمودی معمولاً برای رادیوهای سیار دستی استفاده می‌شود، مانند رادیوهایی که توسط اولین واکنش‌دهنده‌ها استفاده می‌شوند، زیرا بسیاری از طرح‌های آنتن رادیویی پلاریزه عمودی نیز یک الگوی تابش همه‌جهت ارائه می‌دهند.بنابراین، چنین آنتن هایی حتی در صورت تغییر جهت رادیو و آنتن، نیازی به تغییر جهت ندارند.
آنتن‌های فرکانس 3 تا 30 مگاهرتز (HF) معمولاً به‌صورت سیم‌های بلند ساده به‌صورت افقی بین براکت‌ها ساخته می‌شوند.طول آن با طول موج (10 - 100 متر) تعیین می شود.این نوع آنتن به طور طبیعی به صورت افقی پلاریزه می شود.
شایان ذکر است که نام بردن از این باند به عنوان «فرکانس بالا» از دهه‌ها پیش آغاز شد، زمانی که فرکانس 30 مگاهرتز واقعاً فرکانس بالا بود.اگرچه این توصیف اکنون قدیمی به نظر می رسد، اما یک نام رسمی توسط اتحادیه بین المللی مخابرات است و هنوز هم به طور گسترده استفاده می شود.
قطبش ترجیحی ممکن است به دو صورت تعیین شود: یا استفاده از امواج زمینی برای سیگنال دهی کوتاه برد قوی تر توسط تجهیزات پخش با استفاده از باند موج متوسط 300 کیلوهرتز - 3 مگاهرتز (MW) یا استفاده از امواج آسمان برای فواصل طولانی تر از طریق پیوند یونوسفر.به طور کلی، آنتن های پلاریزه عمودی انتشار امواج زمینی بهتری دارند، در حالی که آنتن های پلاریزه افقی عملکرد امواج آسمان بهتری دارند.
قطبش دایره ای به طور گسترده برای ماهواره ها استفاده می شود زیرا جهت گیری ماهواره نسبت به ایستگاه های زمینی و سایر ماهواره ها به طور مداوم در حال تغییر است.راندمان بین آنتن‌های ارسال و دریافت زمانی بیشتر است که هر دو به صورت دایره‌ای پلاریزه باشند، اما آنتن‌های پلاریزه خطی را می‌توان با آنتن‌های CP استفاده کرد، اگرچه ضریب کاهش پلاریزاسیون وجود دارد.
قطبش برای سیستم های 5G نیز مهم است.برخی از آرایه‌های آنتن چند ورودی/چند خروجی 5G (MIMO) با استفاده از پلاریزاسیون برای استفاده مؤثرتر از طیف موجود، توان عملیاتی را افزایش می‌دهند.این با استفاده از ترکیبی از پلاریزاسیون سیگنال های مختلف و مالتی پلکس فضایی آنتن ها (تنوع فضا) به دست می آید.
این سیستم می‌تواند دو جریان داده را انتقال دهد زیرا جریان‌های داده توسط آنتن‌های قطبی متعامد مستقل به هم متصل شده‌اند و می‌توانند به طور مستقل بازیابی شوند.حتی اگر مقداری قطبش متقاطع به دلیل اعوجاج مسیر و کانال، بازتاب‌ها، چند مسیری و سایر نواقص وجود داشته باشد، گیرنده از الگوریتم‌های پیچیده‌ای برای بازیابی هر سیگنال اصلی استفاده می‌کند که در نتیجه نرخ خطای بیت پایین (BER) و در نهایت بهبود بهره‌برداری از طیف انجام می‌شود.
در نتیجه
پلاریزاسیون یک ویژگی مهم آنتن است که اغلب نادیده گرفته می شود.پلاریزاسیون خطی (شامل افقی و عمودی)، پلاریزاسیون مایل، قطبش دایره ای و قطبش بیضی برای کاربردهای مختلف استفاده می شود.محدوده عملکرد RF سرتاسری که یک آنتن می تواند به دست آورد به جهت گیری و تراز نسبی آن بستگی دارد.آنتن های استاندارد قطبش های متفاوتی دارند و برای قسمت های مختلف طیف مناسب هستند و قطبش مطلوب را برای کاربرد هدف فراهم می کنند.
محصولات پیشنهادی：
| RM-DPHA2030-15 | ||
| مولفه های | معمول | واحدها |
| محدوده فرکانس | 20-30 | گیگاهرتز |
| کسب کردن | 15 نوع | dBi |
| VSWR | 1.3 نوع | |
| قطبی شدن | دوگانه خطی | |
| کراس پل.انزوا | 60 نوع | dB |
| جداسازی بندر | 70 نوع | dB |
| رابط | SMA-Fزن | |
| مواد | Al | |
| به پایان رساندن | رنگ کنید | |
| اندازه(L*W*H) | 83.9*39.6*69.4(±5) | mm |
| وزن | 0.074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| مورد | مشخصات | واحد |
| محدوده فرکانس | 1-18 | گیگاهرتز |
| کسب کردن | 10 نوع | dBi |
| VSWR | 1.5 نوع | |
| قطبی شدن | خطی | |
| کراس پو.انزوا | 30 نوع | dB |
| رابط | SMA-مونث | |
| به پایان رساندن | Pنیست | |
| مواد | Al | |
| اندازه(L*W*H) | 182.4*185.1*116.6(±5) | mm |
| وزن | 0.603 | kg |
| RM-CDHA218-15 | ||
| مولفه های | معمول | واحدها |
| محدوده فرکانس | 2-18 | گیگاهرتز |
| کسب کردن | 15 نوع | dBi |
| VSWR | 1.5 نوع |
|
| قطبی شدن | دوگانه خطی |
|
| کراس پل.انزوا | 40 | dB |
| جداسازی بندر | 40 | dB |
| رابط | SMA-F |
|
| درمان سطحی | Pنیست |
|
| اندازه(L*W*H) | 276*147*147(±5) | mm |
| وزن | 0.945 | kg |
| مواد | Al |
|
| دمای عملیاتی | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| مولفه های | معمول | واحدها |
| محدوده فرکانس | 93-95 | گیگاهرتز |
| کسب کردن | 22 نوع | dBi |
| VSWR | 1.3 نوع |
|
| قطبی شدن | دوگانه خطی |
|
| کراس پل.انزوا | 60 نوع | dB |
| جداسازی بندر | 67 نوع | dB |
| رابط | WR10 |
|
| مواد | Cu |
|
| به پایان رساندن | طلایی |
|
| اندازه(L*W*H) | 69.3*19.1*21.2 (±5) | mm |
| وزن | 0.015 | kg |
زمان ارسال: آوریل 11-2024
