Engenheiros eletrônicos sabem que antenas enviam e recebem sinais na forma de ondas de energia eletromagnética (EM), descritas pelas equações de Maxwell. Assim como em muitos outros tópicos, essas equações e as propriedades de propagação do eletromagnetismo podem ser estudadas em diferentes níveis, desde termos relativamente qualitativos até equações complexas.
A propagação da energia eletromagnética envolve muitos aspectos, um dos quais é a polarização, que pode ter vários graus de impacto ou preocupação nas aplicações e nos projetos de antenas. Os princípios básicos da polarização se aplicam a toda a radiação eletromagnética, incluindo RF/sem fio e energia óptica, e são frequentemente utilizados em aplicações ópticas.
O que é polarização de antena?
Antes de entender a polarização, precisamos primeiro entender os princípios básicos das ondas eletromagnéticas. Essas ondas são compostas por campos elétricos (campos E) e campos magnéticos (campos H) e se movem em uma única direção. Os campos E e H são perpendiculares entre si e à direção de propagação da onda plana.
Polarização se refere ao plano do campo E da perspectiva do transmissor de sinal: para polarização horizontal, o campo elétrico se moverá lateralmente no plano horizontal, enquanto para polarização vertical, o campo elétrico oscilará para cima e para baixo no plano vertical. (Figura 1).
Figura 1: As ondas de energia eletromagnética consistem em componentes de campo E e H mutuamente perpendiculares
Polarização linear e polarização circular
Os modos de polarização incluem o seguinte:
Na polarização linear básica, as duas polarizações possíveis são ortogonais (perpendiculares) entre si (Figura 2). Em teoria, uma antena receptora polarizada horizontalmente não "enxergará" o sinal de uma antena polarizada verticalmente e vice-versa, mesmo que ambas operem na mesma frequência. Quanto melhor o alinhamento, maior a captação de sinal, e a transferência de energia é maximizada quando as polarizações coincidem.
Figura 2: A polarização linear fornece duas opções de polarização em ângulos retos entre si
A polarização oblíqua da antena é um tipo de polarização linear. Assim como a polarização horizontal e vertical básica, essa polarização só faz sentido em um ambiente terrestre. A polarização oblíqua ocorre em um ângulo de ±45 graus em relação ao plano de referência horizontal. Embora esta seja, na verdade, apenas mais uma forma de polarização linear, o termo "linear" geralmente se refere apenas a antenas polarizadas horizontal ou verticalmente.
Apesar de algumas perdas, os sinais enviados (ou recebidos) por uma antena diagonal são viáveis apenas com antenas polarizadas horizontal ou verticalmente. Antenas polarizadas obliquamente são úteis quando a polarização de uma ou ambas as antenas é desconhecida ou muda durante o uso.
A polarização circular (CP) é mais complexa do que a polarização linear. Neste modo, a polarização representada pelo vetor de campo E gira conforme o sinal se propaga. Quando girada para a direita (visto a partir do transmissor), a polarização circular é chamada de polarização circular destra (RHCP); quando girada para a esquerda, é chamada de polarização circular canhota (LHCP) (Figura 3).
Figura 3: Na polarização circular, o vetor de campo E de uma onda eletromagnética gira; essa rotação pode ser para a direita ou para a esquerda
Um sinal CP consiste em duas ondas ortogonais defasadas. Três condições são necessárias para gerar um sinal CP. O campo E deve consistir em duas componentes ortogonais; as duas componentes devem estar 90 graus defasadas e com amplitude igual. Uma maneira simples de gerar CP é usar uma antena helicoidal.
Polarização elíptica (PE) é um tipo de CP. Ondas elípticas polarizadas são o ganho produzido por duas ondas linearmente polarizadas, como as ondas CP. Quando duas ondas linearmente polarizadas, perpendiculares entre si e com amplitudes desiguais, são combinadas, uma onda elíptica polarizada é produzida.
A incompatibilidade de polarização entre antenas é descrita pelo fator de perda de polarização (PLF). Este parâmetro é expresso em decibéis (dB) e é uma função da diferença no ângulo de polarização entre as antenas transmissora e receptora. Teoricamente, o PLF pode variar de 0 dB (sem perda) para uma antena perfeitamente alinhada a infinitos dB (perda infinita) para uma antena perfeitamente ortogonal.
Na realidade, porém, o alinhamento (ou desalinhamento) da polarização não é perfeito, pois a posição mecânica da antena, o comportamento do usuário, a distorção do canal, as reflexões multipercurso e outros fenômenos podem causar alguma distorção angular do campo eletromagnético transmitido. Inicialmente, haverá de 10 a 30 dB ou mais de "vazamento" de polarização cruzada do sinal da polarização ortogonal, o que, em alguns casos, pode ser suficiente para interferir na recuperação do sinal desejado.
Em contraste, o PLF real para duas antenas alinhadas com polarização ideal pode ser de 10 dB, 20 dB ou mais, dependendo das circunstâncias, e pode dificultar a recuperação do sinal. Em outras palavras, a polarização cruzada não intencional e o PLF podem funcionar em ambas as direções, interferindo no sinal desejado ou reduzindo a intensidade desejada do sinal.
Por que se importar com a polarização?
A polarização funciona de duas maneiras: quanto mais alinhadas duas antenas estiverem e tiverem a mesma polarização, melhor será a intensidade do sinal recebido. Por outro lado, um alinhamento de polarização inadequado torna mais difícil para os receptores, intencionais ou não, captar uma quantidade suficiente do sinal de interesse. Em muitos casos, o "canal" distorce a polarização transmitida, ou uma ou ambas as antenas não estão em uma direção estática fixa.
A escolha da polarização a ser utilizada geralmente é determinada pela instalação ou pelas condições atmosféricas. Por exemplo, uma antena polarizada horizontalmente terá melhor desempenho e manterá sua polarização quando instalada perto do teto; por outro lado, uma antena polarizada verticalmente terá melhor desempenho e manterá sua polarização quando instalada perto de uma parede lateral.
A antena dipolo amplamente utilizada (simples ou dobrada) é polarizada horizontalmente em sua orientação de montagem "normal" (Figura 4) e geralmente é girada 90 graus para assumir polarização vertical quando necessário ou para suportar um modo de polarização preferencial (Figura 5).
Figura 4: Uma antena dipolo é geralmente montada horizontalmente em seu mastro para fornecer polarização horizontal
Figura 5: Para aplicações que requerem polarização vertical, a antena dipolo pode ser montada de acordo com o local onde a antena capta
A polarização vertical é comumente usada em rádios móveis portáteis, como os usados por socorristas, porque muitos projetos de antenas de rádio polarizadas verticalmente também fornecem um padrão de radiação omnidirecional. Portanto, essas antenas não precisam ser reorientadas, mesmo que a direção do rádio e da antena mude.
Antenas de alta frequência (HF) de 3 a 30 MHz são normalmente construídas como fios longos e simples, unidos horizontalmente entre suportes. Seu comprimento é determinado pelo comprimento de onda (10 a 100 m). Este tipo de antena é naturalmente polarizada horizontalmente.
Vale ressaltar que a expressão "alta frequência" para essa faixa começou décadas atrás, quando 30 MHz era de fato alta frequência. Embora essa descrição pareça estar desatualizada, é uma designação oficial da União Internacional de Telecomunicações e ainda é amplamente utilizada.
A polarização preferencial pode ser determinada de duas maneiras: usando ondas terrestres para sinalização de curto alcance mais forte por equipamentos de transmissão na faixa de ondas médias (MW) de 300 kHz a 3 MHz, ou usando ondas celestes para distâncias maiores através do enlace ionosférico. De modo geral, antenas polarizadas verticalmente têm melhor propagação de ondas terrestres, enquanto antenas polarizadas horizontalmente têm melhor desempenho em ondas celestes.
A polarização circular é amplamente utilizada em satélites porque a orientação do satélite em relação às estações terrestres e outros satélites muda constantemente. A eficiência entre as antenas de transmissão e recepção é maior quando ambas são polarizadas circularmente, mas antenas polarizadas linearmente podem ser usadas com antenas CP, embora haja um fator de perda de polarização.
A polarização também é importante para sistemas 5G. Alguns conjuntos de antenas 5G de múltiplas entradas/múltiplas saídas (MIMO) alcançam maior rendimento usando polarização para utilizar o espectro disponível de forma mais eficiente. Isso é alcançado por meio de uma combinação de diferentes polarizações de sinal e multiplexação espacial das antenas (diversidade espacial).
O sistema pode transmitir dois fluxos de dados, pois estes são conectados por antenas independentes, ortogonalmente polarizadas, e podem ser recuperados independentemente. Mesmo que haja alguma polarização cruzada devido a distorções de caminho e canal, reflexões, multipercurso e outras imperfeições, o receptor emprega algoritmos sofisticados para recuperar cada sinal original, resultando em baixas taxas de erro de bits (BER) e, por fim, melhor utilização do espectro.
para concluir
A polarização é uma propriedade importante da antena, frequentemente negligenciada. Polarização linear (incluindo horizontal e vertical), polarização oblíqua, polarização circular e polarização elíptica são utilizadas para diferentes aplicações. A faixa de desempenho de RF de ponta a ponta que uma antena pode atingir depende de sua orientação e alinhamento relativos. Antenas padrão têm polarizações diferentes e são adequadas para diferentes partes do espectro, fornecendo a polarização preferencial para a aplicação alvo.
Produtos recomendados:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parâmetros | Típico | Unidades |
| Faixa de frequência | 20-30 | GHz |
| Ganho | 15 Típico. | dBi |
| ROE | 1.3 Típico. | |
| Polarização | Dual Linear | |
| Isolamento de Pol. Cruzado | 60 Típico. | dB |
| Isolamento de porta | 70 Típico. | dB |
| Conector | SMA-Fe-mail | |
| Material | Al | |
| Acabamento | Pintar | |
| Tamanho(C*L*A) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Peso | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Item | Especificação | Unidade |
| Faixa de frequência | 1-18 | GHz |
| Ganho | 10 Típico. | dBi |
| ROE | 1.5 Típ. | |
| Polarização | Linear | |
| Cruz Po. Isolamento | 30 Típico. | dB |
| Conector | SMA-Feminino | |
| Acabamento | Pnão | |
| Material | Al | |
| Tamanho(C*L*A) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Peso | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parâmetros | Típico | Unidades |
| Faixa de frequência | 2-18 | GHz |
| Ganho | 15 Típico. | dBi |
| ROE | 1.5 Típ. |
|
| Polarização | Dual Linear |
|
| Isolamento de Pol. Cruzado | 40 | dB |
| Isolamento de porta | 40 | dB |
| Conector | SMA-F |
|
| Tratamento de superfície | Pnão |
|
| Tamanho(C*L*A) | 276*147*147(±5) | mm |
| Peso | 0,945 | kg |
| Material | Al |
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| Temperatura de operação | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parâmetros | Típico | Unidades |
| Faixa de frequência | 93-95 | GHz |
| Ganho | 22 Típ. | dBi |
| ROE | 1.3 Típico. |
|
| Polarização | Dual Linear |
|
| Isolamento de Pol. Cruzado | 60 Típico. | dB |
| Isolamento de porta | 67 Típico. | dB |
| Conector | WR10 |
|
| Material | Cu |
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| Acabamento | Dourado |
|
| Tamanho(C*L*A) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Peso | 0,015 | kg |
Horário da postagem: 11/04/2024
