Os engenheiros eletrônicos sabem que as antenas enviam e recebem sinais na forma de ondas de energia eletromagnética (EM) descritas pelas equações de Maxwell.Tal como acontece com muitos tópicos, essas equações e as propriedades de propagação do eletromagnetismo podem ser estudadas em diferentes níveis, desde termos relativamente qualitativos até equações complexas.
Existem muitos aspectos na propagação de energia eletromagnética, um dos quais é a polarização, que pode ter vários graus de impacto ou preocupação nas aplicações e nos designs de suas antenas.Os princípios básicos da polarização se aplicam a todas as radiações eletromagnéticas, incluindo RF/sem fio, energia óptica, e são frequentemente usados em aplicações ópticas.
O que é polarização de antena?
Antes de compreender a polarização, devemos primeiro compreender os princípios básicos das ondas eletromagnéticas.Essas ondas são compostas de campos elétricos (campos E) e campos magnéticos (campos H) e se movem em uma direção.Os campos E e H são perpendiculares entre si e à direção de propagação da onda plana.
A polarização refere-se ao plano do campo E da perspectiva do transmissor de sinal: para a polarização horizontal, o campo elétrico se moverá lateralmente no plano horizontal, enquanto para a polarização vertical, o campo elétrico oscilará para cima e para baixo no plano vertical.( figura 1).
Figura 1: 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 "verá" um sinal de uma antena polarizada verticalmente e vice-versa, mesmo que ambas operem na mesma frequência.Quanto melhor estiverem alinhados, mais sinal será capturado e a transferência de energia será maximizada quando as polarizações coincidirem.
Figura 2: A polarização linear oferece duas opções de polarização perpendiculares entre si
A polarização oblíqua da antena é um tipo de polarização linear.Tal como a polarização horizontal e vertical básica, esta polarização só faz sentido num ambiente terrestre.A polarização oblíqua está em um ângulo de ±45 graus em relação ao plano de referência horizontal.Embora esta seja apenas outra 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 que a polarização linear.Neste modo, a polarização representada pelo vetor de campo E gira à medida que o sinal se propaga.Quando girada para a direita (olhando para fora do transmissor), a polarização circular é chamada de polarização circular para destros (RHCP);quando girado para a esquerda, polarização circular canhota (LHCP) (Figura 3)
Figura 3: Na polarização circular, o vetor do campo E de uma onda eletromagnética gira;esta rotação pode ser destra ou canhota
Um sinal CP consiste em duas ondas ortogonais que estão fora de fase.Três condições são necessárias para gerar um sinal CP.O campo E deve consistir em dois componentes ortogonais;os dois componentes devem estar 90 graus fora de fase e iguais em amplitude.Uma maneira simples de gerar CP é usar uma antena helicoidal.
A polarização elíptica (EP) é um tipo de CP.Ondas elipticamente polarizadas são o ganho produzido por duas ondas polarizadas linearmente, como ondas CP.Quando duas ondas polarizadas linearmente perpendiculares entre si com amplitudes desiguais são combinadas, uma onda elipticamente 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 função da diferença no ângulo de polarização entre as antenas de transmissão e recepção.Teoricamente, o PLF pode variar de 0 dB (sem perda) para uma antena perfeitamente alinhada até infinito dB (perda infinita) para uma antena perfeitamente ortogonal.
Na realidade, porém, o alinhamento (ou desalinhamento) da polarização não é perfeito porque 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 10 - 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 10 dB, 20 dB ou superior, dependendo das circunstâncias, e pode dificultar a recuperação do sinal.Em outras palavras, a polarização cruzada não intencional e o PLF podem funcionar nos dois sentidos, interferindo no sinal desejado ou reduzindo a intensidade do sinal desejado.
Por que se preocupar 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, o mau alinhamento da polarização torna mais difícil para os receptores, pretendidos ou não, capturarem uma quantidade suficiente do sinal de interesse.Em muitos casos, o “canal” distorce a polarização transmitida, ou uma ou ambas as antenas não estão numa direção estática fixa.
A escolha de qual polarização usar é geralmente determinada pela instalação ou pelas condições atmosféricas.Por exemplo, uma antena polarizada horizontalmente terá melhor desempenho e manterá sua polarização quando instalada próxima ao teto;por outro lado, uma antena polarizada verticalmente terá melhor desempenho e manterá seu desempenho de polarização quando instalada próxima a 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 a polarização vertical quando necessário ou para suportar um modo de polarização preferido (Figura 5).
Figura 4: Uma antena dipolo geralmente é 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 onde a antena capta
A polarização vertical é comumente usada para rádios móveis portáteis, como aqueles usados por socorristas, porque muitos projetos de antenas de rádio polarizadas verticalmente também fornecem um padrão de radiação omnidirecional.Portanto, tais antenas não precisam ser reorientadas mesmo se a direção do rádio e da antena mudar.
Antenas de frequência de alta frequência (HF) de 3 a 30 MHz são normalmente construídas como simples fios longos amarrados horizontalmente entre colchetes.Seu comprimento é determinado pelo comprimento de onda (10 - 100 m).Este tipo de antena é naturalmente polarizada horizontalmente.
É importante notar que a referência a esta banda como “alta frequência” começou há décadas, quando 30 MHz era de fato alta frequência.Embora esta descrição pareça agora desatualizada, é uma designação oficial da União Internacional de Telecomunicações e ainda é amplamente utilizada.
A polarização preferida pode ser determinada de duas maneiras: usando ondas terrestres para sinalização mais forte de curto alcance por equipamentos de transmissão usando a banda de ondas médias (MW) de 300 kHz - 3 MHz, ou usando ondas celestes para distâncias mais longas através do link da ionosfera.De modo geral, antenas polarizadas verticalmente têm melhor propagação de ondas terrestres, enquanto antenas polarizadas horizontalmente têm melhor desempenho de ondas celestes.
A polarização circular é amplamente utilizada para satélites porque a orientação do satélite em relação às estações terrestres e outros satélites está em constante mudança.A eficiência entre 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 de forma mais eficiente o espectro disponível.Isto é conseguido usando uma combinação de diferentes polarizações de sinal e multiplexação espacial das antenas (diversidade espacial).
O sistema pode transmitir dois fluxos de dados porque os fluxos de dados são conectados por antenas polarizadas ortogonalmente independentes e podem ser recuperados de forma independente.Mesmo que exista alguma polarização cruzada devido à distorção 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 bit (BER) e, em última análise, em melhor utilização do espectro.
para concluir
A polarização é uma propriedade importante da antena que muitas vezes é esquecida.Polarização linear (incluindo horizontal e vertical), polarização oblíqua, polarização circular e polarização elíptica são usadas para diferentes aplicações.A faixa de desempenho de RF ponta a ponta que uma antena pode alcançar depende de sua orientação e alinhamento relativos.As antenas padrão possuem polarizações diferentes e são adequadas para diferentes partes do espectro, fornecendo a polarização preferida para a aplicação alvo.
Produtos recomendados:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parâmetros | Típica | Unidades |
| Alcance de frequência | 20-30 | GHz |
| Ganho | 15 Tipo. | dBi |
| ROE | 1.3 Tipo. | |
| Polarização | Dual Linear | |
| Cruz Pol.Isolamento | 60 Tipo. | dB |
| Isolamento de porta | 70 Tipo. | dB |
| Conector | SMA-Femal | |
| 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 |
| Alcance de frequência | 1-18 | GHz |
| Ganho | 10 Tipo. | dBi |
| ROE | 1.5 Tipo. | |
| Polarização | Linear | |
| Cruz Po.Isolamento | 30 Tipo. | dB |
| Conector | SMA-Fêmea | |
| Acabamento | Pnão | |
| Material | Al | |
| Tamanho(C*L*A) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Peso | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parâmetros | Típica | Unidades |
| Alcance de frequência | 2-18 | GHz |
| Ganho | 15 Tipo. | dBi |
| ROE | 1.5 Tipo. |
|
| Polarização | Dual Linear |
|
| Cruz Pol.Isolamento | 40 | dB |
| Isolamento de porta | 40 | dB |
| Conector | SMA-F |
|
| Tratamento da 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 | Típica | Unidades |
| Alcance de frequência | 93-95 | GHz |
| Ganho | 22 Tipo. | dBi |
| ROE | 1.3 Tipo. |
|
| Polarização | Dual Linear |
|
| Cruz Pol.Isolamento | 60 Tipo. | dB |
| Isolamento de porta | 67 Tipo. | dB |
| Conector | WR10 |
|
| Material | Cu |
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| Acabamento | Dourado |
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| Tamanho(C*L*A) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Peso | 0,015 | kg |
Horário da postagem: 11 de abril de 2024
