Elektronik mühendisleri, antenlerin Maxwell denklemleriyle tanımlanan elektromanyetik (EM) enerji dalgaları şeklinde sinyaller gönderip aldığını bilirler. Birçok konuda olduğu gibi, bu denklemler ve elektromanyetizmin yayılma özellikleri, nispeten nitel terimlerden karmaşık denklemlere kadar farklı seviyelerde incelenebilir.
Elektromanyetik enerji yayılımının birçok yönü vardır; bunlardan biri de polarizasyondur ve bu polarizasyon, uygulamalarda ve anten tasarımlarında farklı derecelerde etkiye veya endişeye sahip olabilir. Polarizasyonun temel prensipleri, RF/kablosuz, optik enerji dahil olmak üzere tüm elektromanyetik radyasyon için geçerlidir ve genellikle optik uygulamalarda kullanılır.
Anten polarizasyonu nedir?
Polarizasyonu anlamadan önce, öncelikle elektromanyetik dalgaların temel prensiplerini anlamamız gerekir. Bu dalgalar elektrik alanlarından (E alanları) ve manyetik alanlardan (H alanları) oluşur ve tek yönde hareket ederler. E ve H alanları birbirine ve düzlem dalga yayılım yönüne diktir.
Polarizasyon, sinyal vericisinin bakış açısından E-alan düzlemini ifade eder: yatay polarizasyon için elektrik alan yatay düzlemde yana doğru hareket ederken, dikey polarizasyon için elektrik alan dikey düzlemde yukarı ve aşağı doğru salınım yapar (Şekil 1).
Şekil 1: Elektromanyetik enerji dalgaları, birbirine dik E ve H alan bileşenlerinden oluşur.
Doğrusal polarizasyon ve dairesel polarizasyon
Polarizasyon modları şunları içerir:
Temel doğrusal polarizasyonda, iki olası polarizasyon birbirine diktir (Şekil 2). Teoride, yatay polarize bir alıcı anten, dikey polarize bir antenden gelen sinyali "göremez" ve bunun tersi de geçerlidir, her ikisi de aynı frekansta çalışsa bile. Ne kadar iyi hizalanırlarsa, o kadar fazla sinyal yakalanır ve polarizasyonlar eşleştiğinde enerji transferi en üst düzeye çıkarılır.
Şekil 2: Doğrusal polarizasyon, birbirine dik açıda iki polarizasyon seçeneği sunar.
Antenin eğik polarizasyonu, doğrusal polarizasyonun bir türüdür. Temel yatay ve dikey polarizasyon gibi, bu polarizasyon da yalnızca karasal bir ortamda anlam ifade eder. Eğik polarizasyon, yatay referans düzlemine ±45 derece açıyla bulunur. Bu aslında doğrusal polarizasyonun başka bir biçimi olsa da, "doğrusal" terimi genellikle yalnızca yatay veya dikey polarize antenler için kullanılır.
Bazı kayıplara rağmen, çapraz antenle gönderilen (veya alınan) sinyaller, yalnızca yatay veya dikey polarize antenlerle mümkündür. Eğik polarize antenler, bir veya her iki antenin polarizasyonunun bilinmediği veya kullanım sırasında değiştiği durumlarda kullanışlıdır.
Dairesel polarizasyon (CP), doğrusal polarizasyondan daha karmaşıktır. Bu modda, E alan vektörü ile temsil edilen polarizasyon, sinyal yayılırken döner. Sağa doğru döndürüldüğünde (vericiden dışarı bakıldığında), dairesel polarizasyona sağ el dairesel polarizasyon (RHCP) denir; sola doğru döndürüldüğünde ise sol el dairesel polarizasyon (LHCP) denir (Şekil 3).
Şekil 3: Dairesel polarizasyonda, elektromanyetik dalganın E alan vektörü döner; bu dönüş sağ el veya sol el olabilir.
Bir dairesel polarizasyon (CP) sinyali, fazları birbirine dik olan iki dalgadan oluşur. Bir CP sinyali üretmek için üç koşul gereklidir. E alanı iki dik bileşenden oluşmalıdır; iki bileşen 90 derece faz farkıyla ve eşit genlikte olmalıdır. CP üretmenin basit bir yolu, sarmal bir anten kullanmaktır.
Eliptik polarizasyon (EP), bir tür dairesel polarizasyondur (CP). Eliptik polarize dalgalar, dairesel polarize dalgalar gibi iki doğrusal polarize dalganın birleşimiyle elde edilen kazançtır. Eşit olmayan genliklere sahip, birbirine dik iki doğrusal polarize dalga birleştirildiğinde, eliptik polarize bir dalga oluşur.
Antenler arasındaki polarizasyon uyumsuzluğu, polarizasyon kayıp faktörü (PLF) ile tanımlanır. Bu parametre desibel (dB) cinsinden ifade edilir ve verici ve alıcı antenler arasındaki polarizasyon açısı farkının bir fonksiyonudur. Teorik olarak, PLF, mükemmel hizalanmış bir anten için 0 dB'den (kayıp yok) mükemmel dik açılı bir anten için sonsuz dB'ye (sonsuz kayıp) kadar değişebilir.
Gerçekte ise, antenin mekanik konumu, kullanıcı davranışı, kanal bozulması, çoklu yol yansımaları ve diğer olaylar, iletilen elektromanyetik alanın açısal bozulmasına neden olabileceğinden, polarizasyonun hizalanması (veya hizalanmaması) mükemmel değildir. Başlangıçta, dik polarizasyondan 10-30 dB veya daha fazla sinyal çapraz polarizasyon "sızıntısı" olacaktır ki bu, bazı durumlarda istenen sinyalin geri kazanımını engelleyecek kadar fazla olabilir.
Buna karşılık, ideal polarizasyona sahip iki hizalı anten için gerçek PLF, koşullara bağlı olarak 10 dB, 20 dB veya daha fazla olabilir ve sinyal kurtarmayı engelleyebilir. Başka bir deyişle, istenmeyen çapraz polarizasyon ve PLF, istenen sinyale müdahale ederek veya istenen sinyal gücünü azaltarak her iki yönde de çalışabilir.
Kutuplaşma neden önemli?
Polarizasyon iki şekilde işler: İki anten ne kadar hizalanmış ve aynı polarizasyona sahipse, alınan sinyalin gücü o kadar iyi olur. Tersine, zayıf polarizasyon hizalaması, alıcıların (ister amaçlanan isterse de amaçlanmayan) ilgilenilen sinyalin yeterli kısmını yakalamasını zorlaştırır. Birçok durumda, "kanal" iletilen polarizasyonu bozar veya bir veya her iki anten sabit bir statik yönde değildir.
Hangi polarizasyonun kullanılacağı genellikle kurulum veya atmosferik koşullara bağlıdır. Örneğin, yatay polarize bir anten, tavana yakın bir yere kurulduğunda daha iyi performans gösterir ve polarizasyonunu korur; bunun tersine, dikey polarize bir anten, yan duvara yakın bir yere kurulduğunda daha iyi performans gösterir ve polarizasyon performansını korur.
Yaygın olarak kullanılan dipol anten (düz veya katlanmış), "normal" montaj yönünde yatay olarak polarize edilir (Şekil 4) ve gerektiğinde dikey polarizasyon sağlamak veya tercih edilen bir polarizasyon modunu desteklemek için genellikle 90 derece döndürülür (Şekil 5).
Şekil 4: Bir dipol anten genellikle yatay polarizasyon sağlamak için direğine yatay olarak monte edilir.
Şekil 5: Dikey polarizasyon gerektiren uygulamalar için, dipol anten, antenin ışığı yakaladığı yere uygun şekilde monte edilebilir.
Dikey polarizasyon, ilk müdahale ekipleri tarafından kullanılanlar gibi elde taşınabilir mobil telsizlerde yaygın olarak kullanılır, çünkü birçok dikey polarize telsiz anten tasarımı aynı zamanda çok yönlü bir radyasyon deseni de sağlar. Bu nedenle, telsizin ve antenin yönü değişse bile bu antenlerin yeniden yönlendirilmesi gerekmez.
3 - 30 MHz yüksek frekanslı (HF) antenler genellikle, braketler arasına yatay olarak gerilmiş basit uzun teller şeklinde inşa edilir. Uzunluğu dalga boyuna (10 - 100 m) bağlıdır. Bu tip antenler doğal olarak yatay polarizedir.
Şunu belirtmekte fayda var ki, bu frekans bandına "yüksek frekans" denmesi on yıllar öncesine, 30 MHz'in gerçekten yüksek frekans olduğu zamana dayanıyor. Bu tanım artık güncelliğini yitirmiş gibi görünse de, Uluslararası Telekomünikasyon Birliği tarafından resmi olarak kullanılıyor ve hala yaygın olarak kullanılıyor.
Tercih edilen polarizasyon iki şekilde belirlenebilir: ya 300 kHz - 3 MHz orta dalga (MW) bandını kullanan yayın ekipmanları tarafından daha güçlü kısa mesafeli sinyalleme için yer dalgaları kullanılarak ya da iyonosfer bağlantısı yoluyla daha uzun mesafeler için gökyüzü dalgaları kullanılarak. Genel olarak, dikey polarize antenler daha iyi yer dalgası yayılımına sahipken, yatay polarize antenler daha iyi gökyüzü dalgası performansına sahiptir.
Uyduların yer istasyonlarına ve diğer uydulara göre yöneliminin sürekli değişmesi nedeniyle, dairesel polarizasyon uydular için yaygın olarak kullanılmaktadır. Hem verici hem de alıcı antenler dairesel polarize olduğunda, verici ve alıcı antenler arasındaki verimlilik en yüksektir; ancak doğrusal polarize antenler de dairesel polarize antenlerle birlikte kullanılabilir, ancak bu durumda bir polarizasyon kaybı faktörü söz konusudur.
Polarizasyon, 5G sistemleri için de önemlidir. Bazı 5G çoklu giriş/çoklu çıkış (MIMO) anten dizileri, mevcut spektrumu daha verimli kullanmak için polarizasyondan yararlanarak artırılmış verim elde eder. Bu, farklı sinyal polarizasyonlarının ve antenlerin uzamsal çoklamasının (uzamsal çeşitlilik) bir kombinasyonu kullanılarak sağlanır.
Sistem, veri akışlarının bağımsız, dik polarize antenlerle bağlanması ve bağımsız olarak kurtarılabilmesi sayesinde iki veri akışını iletebilir. Yol ve kanal bozulması, yansımalar, çoklu yol yayılımı ve diğer kusurlar nedeniyle bazı çapraz polarizasyonlar olsa bile, alıcı her orijinal sinyali kurtarmak için gelişmiş algoritmalar kullanır; bu da düşük bit hata oranlarına (BER) ve nihayetinde spektrum kullanımının iyileştirilmesine yol açar.
Sonuç olarak
Polarizasyon, sıklıkla göz ardı edilen önemli bir anten özelliğidir. Doğrusal (yatay ve dikey dahil) polarizasyon, eğik polarizasyon, dairesel polarizasyon ve eliptik polarizasyon farklı uygulamalar için kullanılır. Bir antenin elde edebileceği uçtan uca RF performans aralığı, göreceli yönelimine ve hizalamasına bağlıdır. Standart antenler farklı polarizasyonlara sahiptir ve spektrumun farklı bölümleri için uygundur; hedef uygulama için tercih edilen polarizasyonu sağlarlar.
Önerilen Ürünler:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parametreler | Tipik | Birimler |
| Frekans Aralığı | 20-30 | GHz |
| Kazanmak | 15 Tipik. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipik | |
| Polarizasyon | Çift Doğrusal | |
| Çapraz Pol. İzolasyon | 60 Tipik. | dB |
| Liman İzolasyonu | 70 Tip. | dB |
| Bağlayıcı | SMA-Fe-posta | |
| Malzeme | Al | |
| Bitirme | Boyamak | |
| Boyut(Uzunluk*Genişlik*Yükseklik) | 83.9*39.6*69.4(±5) | mm |
| Ağırlık | 0.074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Öğe | Özellikler | Birim |
| Frekans Aralığı | 1-18 | GHz |
| Kazanmak | 10 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tipik | |
| Polarizasyon | Doğrusal | |
| Çapraz Po. İzolasyon | 30 Tip. | dB |
| Bağlayıcı | SMA-Kadın | |
| Bitirme | Pdeğil | |
| Malzeme | Al | |
| Boyut(Uzunluk*Genişlik*Yükseklik) | 182.4*185.1*116.6(±5) | mm |
| Ağırlık | 0.603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parametreler | Tipik | Birimler |
| Frekans Aralığı | 2-18 | GHz |
| Kazanmak | 15 Tipik. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tipik |
|
| Polarizasyon | Çift Doğrusal |
|
| Çapraz Pol. İzolasyon | 40 | dB |
| Liman İzolasyonu | 40 | dB |
| Bağlayıcı | SMA-F |
|
| Yüzey İşlemi | Pdeğil |
|
| Boyut(Uzunluk*Genişlik*Yükseklik) | 276*147*147(±5) | mm |
| Ağırlık | 0,945 | kg |
| Malzeme | Al |
|
| Çalışma Sıcaklığı | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parametreler | Tipik | Birimler |
| Frekans Aralığı | 93-95 | GHz |
| Kazanmak | 22 Tip. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipik |
|
| Polarizasyon | Çift Doğrusal |
|
| Çapraz Pol. İzolasyon | 60 Tipik. | dB |
| Liman İzolasyonu | 67 Tip. | dB |
| Bağlayıcı | WR10 |
|
| Malzeme | Cu |
|
| Bitirme | Altın |
|
| Boyut(Uzunluk*Genişlik*Yükseklik) | 69.3*19.1*21.2 (±5) | mm |
| Ağırlık | 0.015 | kg |
Yayın tarihi: 11 Nisan 2024
