Elektronikingenieuren wëssen, datt Antennen Signaler a Form vu Wellen vun elektromagnetescher (EM) Energie schécken an empfänken, déi duerch d'Maxwell-Equatioune beschriwwe ginn. Wéi bei ville Fächer kënnen dës Equatiounen, an d'Ausbreedungseigenschaften vum Elektromagnetismus, op verschiddene Niveauen ënnersicht ginn, vu relativ qualitativen Termen bis zu komplexen Equatiounen.
Et gi vill Aspekter vun der Ausbreedung vun elektromagnetescher Energie, dorënner d'Polarisatioun, déi ënnerschiddlech Auswierkungen oder Problemer bei Uwendungen an hiren Antennedesignen hunn kann. Déi grondleeënd Prinzipie vun der Polarisatioun gëllen fir all elektromagnetesch Stralung, dorënner HF/drahtlos, optesch Energie, a gi meeschtens an opteschen Uwendungen benotzt.
Wat ass Antennepolariséierung?
Ier mer d'Polarisatioun verstoen, musse mer als éischt d'Grondprinzipie vun elektromagnetesche Wellen verstoen. Dës Wellen bestinn aus elektresche Felder (E-Felder) a Magnéitfelder (H-Felder) a beweege sech an eng Richtung. D'E- an H-Felder stinn senkrecht zueneen an zur Richtung vun der Planewellenausbreedung.
Polarisatioun bezitt sech op d'E-Feldfläch aus der Perspektiv vum Signalsender: bei enger horizontaler Polarisatioun beweegt sech dat elektrescht Feld seitwärts an der horizontaler Fläch, während bei enger vertikaler Polarisatioun dat elektrescht Feld an der vertikaler Fläch no uewen an no ënnen oszilléiert (Figur 1).
Figur 1: Elektromagnetesch Energiewellen bestinn aus géigesäiteg senkrechte E- an H-Feldkomponenten.
Linear Polariséierung a zirkulär Polariséierung
Polarisatiounsmodi enthalen déi folgend:
An enger einfacher linearer Polarisatioun sinn déi zwou méiglech Polarisatiounen orthogonal (senkrecht) zueneen (Figur 2). Theoreetesch gesinn eng horizontal polariséiert Empfangsantenn kee Signal vun enger vertikal polariséierter Antenn a vice-versa, och wann béid op der selwechter Frequenz funktionéieren. Wat besser se ausgeriicht sinn, wat méi Signal gëtt erfaasst, an den Energietransfer gëtt maximéiert wann d'Polarisatiounen iwwereneestëmmen.
Figur 2: Linear Polariséierung bitt zwou Polariséierungsoptiounen, déi rechtwénkelweis zueneen leien.
Déi schief Polariséierung vun der Antenn ass eng Zort linear Polariséierung. Wéi déi einfach horizontal a vertikal Polariséierung mécht dës Polariséierung nëmmen Sënn an enger terrestrescher Ëmwelt. Déi schief Polariséierung ass an engem Wénkel vun ±45 Grad zu der horizontaler Referenzfläch. Wärend dëst eigentlech just eng aner Form vu linearer Polariséierung ass, bezitt sech den Ausdrock "linear" normalerweis nëmmen op horizontal oder vertikal polariséiert Antennen.
Trotz e puer Verloschter sinn Signaler, déi vun enger diagonaler Antenn geschéckt (oder empfaange) ginn, nëmme mat horizontal oder vertikal polariséierten Antennen erreechbar. Schief polariséiert Antennen si nëtzlech, wann d'Polariséierung vun enger oder béiden Antennen onbekannt ass oder sech während dem Gebrauch ännert.
Kreespolarisatioun (CP) ass méi komplex wéi linear Polarisatioun. An dësem Modus rotéiert sech d'Polarisatioun, déi vum E-Feldvektor representéiert gëtt, wéi d'Signal sech ausbreet. Wann se no riets gedréit gëtt (vum Sender aus gesinn), gëtt d'kreespolarisatioun rietskränzeg Kreespolarisatioun (RHCP) genannt; wann se no lénks gedréit gëtt, gëtt et lénkskränzeg Kreespolarisatioun (LHCP) (Figur 3).
Figur 3: Bei enger kreesfërmeger Polarisatioun rotéiert sech den E-Feldvektor vun enger elektromagnetescher Well; dës Rotatioun kann riets oder lénks sinn.
E CP-Signal besteet aus zwou orthogonalen Wellen, déi ausser Phase sinn. Dräi Konditioune sinn erfuerderlech fir e CP-Signal ze generéieren. D'E-Feld muss aus zwou orthogonalen Komponenten bestoen; déi zwou Komponenten mussen 90 Grad ausser Phase sinn a gläich Amplitude hunn. Eng einfach Method fir CP ze generéieren ass eng helixfërmeg Antenn ze benotzen.
Elliptesch Polarisatioun (EP) ass eng Zort vu CP. Elliptesch polariséiert Wellen sinn de Gewënn, deen duerch zwou linear polariséiert Wellen, wéi CP-Wellen, produzéiert gëtt. Wann zwou géigesäiteg senkrecht linear polariséiert Wellen mat ongläiche Amplituden kombinéiert ginn, gëtt eng elliptesch polariséiert Well produzéiert.
D'Polarisatiounsofwäichung tëscht Antennen gëtt duerch de Polarisatiounsverloschtfaktor (PLF) beschriwwen. Dëse Parameter gëtt an Dezibel (dB) ausgedréckt an ass eng Funktioun vum Ënnerscheed am Polarisatiounswénkel tëscht der Sender- an Empfangsantenn. Theoretesch kann d'PLF vun 0 dB (kee Verloscht) fir eng perfekt ausgeriicht Antenn bis onendlech dB (onendlech Verloscht) fir eng perfekt orthogonal Antenn reechen.
An der Realitéit ass d'Ausriichtung (oder Fehlausriichtung) vun der Polarisatioun awer net perfekt, well déi mechanesch Positioun vun der Antenn, d'Benotzerverhalen, d'Kanalverzerrung, d'Multipath-Reflexiounen an aner Phänomener eng gewëssen Winkelverzerrung vum iwwerdroene elektromagnetesche Feld verursaache kënnen. Ufanks gëtt et 10 - 30 dB oder méi u Signalkräizpolarisatiouns-"Leckage" vun der orthogonaler Polarisatioun, wat a verschiddene Fäll genuch ka sinn, fir d'Erhuelung vum gewënschte Signal ze stéieren.
Am Géigesaz dozou kann déi tatsächlech PLF fir zwou ausgeriicht Antennen mat idealer Polariséierung 10 dB, 20 dB oder méi héich sinn, jee no Ëmstänn, a kann d'Signalréckgewinnung behënneren. An anere Wierder, ongewollt Kräizpolariséierung a PLF kënnen a béide Richtungen funktionéieren, andeems se dat gewënschte Signal stéieren oder déi gewënschte Signalstäerkt reduzéieren.
Firwat soll een sech ëm Polariséierung këmmeren?
Polariséierung funktionéiert op zwou Weeër: wat méi ausgeriicht zwou Antennen sinn a wat déiselwecht Polariséierung hunn, wat besser d'Stäerkt vum empfaangenen Signal ass. Am Géigendeel mécht eng schlecht Polariséierungsausrichtung et méi schwéier fir Empfänger, egal ob se virgesinn oder net zefridden sinn, genuch vum Signal vun Interessi opzehuelen. A ville Fäll verzerrt de "Kanal" déi iwwerdroe Polariséierung, oder eng oder béid Antennen sinn net an enger fixer statescher Richtung.
D'Wiel vun der Polarisatioun gëtt normalerweis vun der Installatioun oder den atmosphäresche Konditioune bestëmmt. Zum Beispill wäert eng horizontal polariséiert Antenn besser funktionéieren a behalen hir Polarisatioun wann se no bei der Plafong installéiert ass; am Géigendeel wäert eng vertikal polariséiert Antenn besser funktionéieren a behalen hir Polarisatiounsleistung wann se no bei enger Säitewand installéiert ass.
Déi wäit verbreet Dipolantenn (einfach oder gefaltet) ass horizontal polariséiert an hirer "normaler" Montageorientéierung (Figur 4) a gëtt dacks ëm 90 Grad gedréit, fir eng vertikal Polariséierung unzehuelen, wann néideg oder fir e bevorzugten Polariséierungsmodus z'ënnerstëtzen (Figur 5).
Figur 4: Eng Dipolantenn ass normalerweis horizontal op hirem Mast montéiert fir eng horizontal Polariséierung ze garantéieren.
Figur 5: Fir Uwendungen, déi vertikal Polariséierung erfuerderen, kann d'Dipolantenn deementspriechend do montéiert ginn, wou d'Antenn hänke bleift.
Vertikal Polariséierung gëtt dacks fir Handfunkgeräter benotzt, wéi déi, déi vun den Éischt-Hëllefer benotzt ginn, well vill vertikal polariséiert Funkantennendesignen och en omnidirektionalt Stralungsmuster ubidden. Dofir mussen esou Antennen net nei ausgeriicht ginn, och wann d'Richtung vum Funkgerät an der Antenn ännert.
Héichfrequenzantennen (HF) mat enger Frequenz vun 3 - 30 MHz si meeschtens als einfach laang Drot konstruéiert, déi horizontal tëscht Klammeren zesummegebonne sinn. Hir Längt gëtt vun der Wellelängt (10 - 100 m) bestëmmt. Dës Zort Antenn ass natierlech horizontal polariséiert.
Et ass derwäert ze bemierken, datt d'Bezeechnung vun dësem Band als "Héichfrequenz" virun Joerzéngte ugefaangen huet, wéi 30 MHz tatsächlech Héichfrequenz war. Och wann dës Beschreiwung elo veraltet schéngt, ass et eng offiziell Bezeechnung vun der Internationaler Telekommunikatiounsunioun a gëtt nach ëmmer wäit verbreet benotzt.
Déi bevorzugt Polariséierung kann op zwou Weeër bestëmmt ginn: entweder andeems Buedemwellen fir eng méi staark Kuerzstreckensignaliséierung duerch Broadcast-Ausrüstung benotzt ginn, déi d'Mëttelwelleband (MW) vun 300 kHz bis 3 MHz benotzt, oder andeems Himmelwellen fir méi grouss Distanzen iwwer d'Ionosphärlink benotzt ginn. Allgemeng gesinn hunn vertikal polariséiert Antennen eng besser Buedemwellenausbreedung, während horizontal polariséiert Antennen eng besser Leeschtung vun Himmelwellen hunn.
Kreespolariséierung gëtt wäit verbreet fir Satellitte benotzt, well d'Orientéierung vum Satellit am Verhältnes zu Buedemstatiounen an anere Satellitte sech stänneg ännert. D'Effizienz tëscht Sende- an Empfangsantennen ass am gréissten, wa béid kreesfërmeg polariséiert sinn, awer linear polariséiert Antennen kënne mat CP-Antennen benotzt ginn, obwuel et e Polarisatiounsverloschtfaktor gëtt.
Polariséierung ass och wichteg fir 5G-Systemer. Verschidde 5G Multiple-Input/Multiple-Output (MIMO) Antennenarrays erreechen en erhéichten Duerchgank andeems se Polariséierung benotzen, fir de verfügbare Spektrum méi effizient ze notzen. Dëst gëtt erreecht mat enger Kombinatioun vu verschiddene Signalpolarisatiounen a raimlecher Multiplexing vun den Antennen (Space Diversity).
De System kann zwou Datenstréim iwwerdroen, well d'Datenstréim duerch onofhängeg orthogonal polariséiert Antennen verbonne sinn a kënnen onofhängeg erëmgewonne ginn. Och wann et eng Kräizpolarisatioun gëtt wéinst Wee- a Kanalverzerrung, Reflexiounen, Multipath- a aner Onvollkommenheeten, benotzt den Empfänger sophistikéiert Algorithmen fir all ursprénglecht Signal erëmzefannen, wat zu niddrege Bitfehlerraten (BER) a schlussendlech enger verbesserter Spektrumauslastung féiert.
als Schlussfolgerung
Polarisatioun ass eng wichteg Eegeschaft vun der Antenn, déi dacks iwwersinn gëtt. Linear (inklusiv horizontal a vertikal) Polarisatioun, schréi Polarisatioun, kreesfërmeg Polarisatioun an elliptesch Polarisatioun gi fir verschidden Uwendungen benotzt. De Beräich vun der End-to-End HF-Leeschtung, déi eng Antenn erreeche kann, hänkt vun hirer relativer Orientéierung an Ausriichtung of. Standardantenne hunn ënnerschiddlech Polarisatiounen a si fir verschidden Deeler vum Spektrum gëeegent, wat déi bevorzugt Polarisatioun fir d'Zilapplikatioun bitt.
Recommandéiert Produkter:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parameteren | Typesch | Eenheeten |
| Frequenzberäich | 20-30 | GHz |
| Gewënn | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. | |
| Polariséierung | Duebel Linear | |
| Kräizpol. Isolatioun | 60 Typ. | dB |
| Hafenisolatioun | 70 Typ. | dB |
| Stecker | SMA-FEmail | |
| Material | Al | |
| Veraarbechtung | Molen | |
| Gréisst(L*B*H) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Gewiicht | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Artikel | Spezifikatioun | Eenheet |
| Frequenzberäich | 1-18 | GHz |
| Gewënn | 10 Typ. | dBi |
| VSWR | 1,5 Typ. | |
| Polariséierung | Linear | |
| Cross-Po. Isolatioun | 30 Typ. | dB |
| Stecker | SMA-Weiblech | |
| Veraarbechtung | Pnet | |
| Material | Al | |
| Gréisst(L*B*H) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Gewiicht | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parameteren | Typesch | Eenheeten |
| Frequenzberäich | 2-18 | GHz |
| Gewënn | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1,5 Typ. |
|
| Polariséierung | Duebel Linear |
|
| Kräizpol. Isolatioun | 40 | dB |
| Hafenisolatioun | 40 | dB |
| Stecker | SMA-F |
|
| Uewerflächenbehandlung | Pnet |
|
| Gréisst(L*B*H) | 276*147*147(±5) | mm |
| Gewiicht | 0,945 | kg |
| Material | Al |
|
| Betribstemperatur | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parameteren | Typesch | Eenheeten |
| Frequenzberäich | 93-95 | GHz |
| Gewënn | 22 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. |
|
| Polariséierung | Duebel Linear |
|
| Kräizpol. Isolatioun | 60 Typ. | dB |
| Hafenisolatioun | 67 Typ. | dB |
| Stecker | WR10 |
|
| Material | Cu |
|
| Veraarbechtung | Gëllen |
|
| Gréisst(L*B*H) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Gewiicht | 0,015 | kg |
Zäitpunkt vun der Verëffentlechung: 11. Abrëll 2024
