Ingeniari elektronikoek badakite antenek seinaleak Maxwellen ekuazioek deskribatutako energia elektromagnetikoko (EM) uhinen moduan bidaltzen eta jasotzen dituztela. Gai askotan bezala, ekuazio hauek eta elektromagnetismoaren hedapen-propietateak maila desberdinetan azter daitezke, termino kualitatibo samarretik hasi eta ekuazio konplexuetaraino.
Energia elektromagnetikoaren hedapenak alderdi asko ditu, horietako bat polarizazioa da, eta horrek eragin edo kezka maila desberdinak izan ditzake aplikazioetan eta haien antenen diseinuetan. Polarizazioaren oinarrizko printzipioak erradiazio elektromagnetiko guztiei aplikatzen zaizkie, RF/haririk gabekoa, energia optikoa barne, eta askotan aplikazio optikoetan erabiltzen dira.
Zer da antenen polarizazioa?
Polarizazioa ulertu aurretik, uhin elektromagnetikoen oinarrizko printzipioak ulertu behar ditugu lehenik. Uhin hauek eremu elektrikoez (E eremuak) eta eremu magnetikoez (H eremuak) osatuta daude eta norabide bakarrean mugitzen dira. E eta H eremuak elkarren eta uhin lauen hedapen-norabidearekiko perpendikularrak dira.
Polarizazioak seinale-igorlearen ikuspuntutik E-eremuaren planoari egiten dio erreferentzia: polarizazio horizontalerako, eremu elektrikoa alboetara mugituko da plano horizontalean, eta polarizazio bertikalerako, berriz, eremu elektrikoa gora eta behera oszilatzen da plano bertikalean (1. irudia).
1. irudia: Energia elektromagnetikoaren uhinak elkarren artean perpendikularrak diren E eta H eremu osagaiez osatuta daude.
Polarizazio lineala eta polarizazio zirkularra
Polarizazio moduen artean hauek daude:
Oinarrizko polarizazio linealean, bi polarizazio posibleak elkarren ortogonalak (perpendikularrak) dira (2. irudia). Teorian, horizontalki polarizatutako hartzaile-antena batek ez du "ikusiko" bertikalki polarizatutako antena batetik datorren seinalea eta alderantziz, nahiz eta biak maiztasun berean funtzionatu. Zenbat eta hobeto lerrokatuta egon, orduan eta seinale gehiago jasoko da, eta energia-transferentzia maximizatuko da polarizazioak bat datozenean.
2. irudia: Polarizazio linealak bi polarizazio aukera eskaintzen ditu elkarren angelu zuzenean
Antenaren polarizazio zeiharra polarizazio lineal mota bat da. Oinarrizko polarizazio horizontal eta bertikala bezala, polarizazio honek lurreko ingurune batean bakarrik du zentzua. Polarizazio zeiharra erreferentzia-plano horizontalarekiko ±45 graduko angeluan dago. Hau polarizazio linealaren beste modu bat besterik ez den arren, "lineal" terminoak normalean horizontalki edo bertikalki polarizatutako antenei egiten die erreferentzia.
Galera batzuk izan arren, antena diagonal batek bidalitako (edo jasotako) seinaleak bideragarriak dira horizontalki edo bertikalki polarizatutako antenekin soilik. Zeiharki polarizatutako antenak erabilgarriak dira antena baten edo bien polarizazioa ezezaguna denean edo erabileran zehar aldatzen denean.
Polarizazio zirkularra (CP) polarizazio lineala baino konplexuagoa da. Modu honetan, E eremu bektoreak irudikatutako polarizazioa biratzen da seinalea hedatzen den heinean. Eskuinera biratzen denean (transmisoretik begira), polarizazio zirkularrari eskuineko polarizazio zirkularra (RHCP) deitzen zaio; ezkerrera biratzen denean, ezkerreko polarizazio zirkularra (LHCP) (3. irudia).
3. irudia: Polarizazio zirkularrean, uhin elektromagnetiko baten E eremu-bektorea biratzen da; biraketa hau eskuinekoa edo ezkerrekoa izan daiteke.
CP seinale bat fasez kanpo dauden bi uhin ortogonalez osatuta dago. Hiru baldintza behar dira CP seinale bat sortzeko. E eremuak bi osagai ortogonal izan behar ditu; bi osagaiak 90 graduko fasez kanpo egon behar dira eta anplitude berdina izan behar dute. CP sortzeko modu erraz bat antena helikoidal bat erabiltzea da.
Polarizazio eliptikoa (EP) CP mota bat da. Uhin eliptikoki polarizatuak bi uhin linealki polarizatuz sortutako irabazia dira, CP uhinak bezala. Anplitude desberdineko bi uhin linealki polarizatuz elkarren artean perpendikularrak direnean konbinatzen direnean, uhin eliptikoki polarizatua sortzen da.
Antenen arteko polarizazio-desadostasuna polarizazio-galera faktoreak (PLF) deskribatzen du. Parametro hau dezibelioetan (dB) adierazten da eta transmisio- eta hartze-antenen arteko polarizazio-angeluaren aldearen funtzioa da. Teorian, PLF-a 0 dB-tik (galerarik gabe) antena perfektuki lerrokatu batentzat dB infinitura (galera infinitua) bitartekoa izan daiteke antena perfektuki ortogonal batentzat.
Errealitatean, ordea, polarizazioaren lerrokatzea (edo deslerrokatzea) ez da perfektua, antenaren posizio mekanikoak, erabiltzailearen portaerak, kanalaren distortsioak, bide anitzeko islapenek eta beste fenomeno batzuek transmititutako eremu elektromagnetikoaren distortsio angeluarra eragin baitezakete. Hasieran, 10-30 dB edo gehiagoko seinale gurutzatuaren polarizazio "ihesa" egongo da polarizazio ortogonaletik, eta kasu batzuetan nahikoa izan daiteke nahi den seinalearen berreskurapena oztopatzeko.
Aldiz, polarizazio idealarekin lerrokatutako bi antenen benetako PLF-a 10 dB, 20 dB edo handiagoa izan daiteke, egoeraren arabera, eta seinalearen berreskurapena oztopatu dezake. Beste era batera esanda, nahi gabeko gurutzaketa-polarizazioak eta PLF-ak bi norabideetan funtziona dezakete, nahi den seinalea oztopatu edo nahi den seinalearen indarra murriztuz.
Zergatik axola zaigu polarizazioa?
Polarizazioak bi modutan funtzionatzen du: bi antena zenbat eta lerrokatuago egon eta polarizazio bera izan, orduan eta handiagoa izango da jasotako seinalearen indarra. Alderantziz, polarizazio-lerrokatze txarrak zailagoa egiten die hargailuei, nahita edo asegabe, intereseko seinale nahikoa harrapatzea. Kasu askotan, "kanalak" transmititutako polarizazioa distortsionatzen du, edo antena bat edo biak ez daude norabide estatiko finko batean.
Zein polarizazio erabili aukeratzea instalazioaren edo baldintza atmosferikoen araberakoa da normalean. Adibidez, horizontalki polarizatutako antena batek hobeto funtzionatuko du eta polarizazioa mantenduko du sabaiaren ondoan instalatzen denean; alderantziz, bertikalki polarizatutako antena batek hobeto funtzionatuko du eta polarizazio-errendimendua mantenduko du alboko horma baten ondoan instalatzen denean.
Oso erabilia den dipolo antena (soila edo tolestua) horizontalki polarizatuta dago bere muntaketa "ohiko" orientazioan (4. irudia) eta askotan 90 gradu biratzen da polarizazio bertikala hartzeko behar denean edo polarizazio modu hobetsi bat onartzeko (5. irudia).
4. irudia: Dipolo antena bat normalean horizontalki muntatzen da bere mastan, polarizazio horizontala emateko.
5. irudia: Polarizazio bertikala behar duten aplikazioetarako, dipolo antena muntatu daiteke antena harrapatzen den tokian.
Polarizazio bertikala erabili ohi da eskuzko irrati mugikorretan, hala nola lehen erantzuleek erabiltzen dituztenetan, bertikalki polarizatutako irrati-antena diseinu askok ere norabide guztietako erradiazio-eredua eskaintzen baitute. Beraz, ez da beharrezkoa antena horiek berriro orientatzea irratiaren eta antenaren norabidea aldatzen bada ere.
3 - 30 MHz-ko maiztasun handiko (HF) antenak normalean euskarri batzuen artean horizontalki lotutako hari luze soil gisa eraikitzen dira. Haien luzera uhin-luzeraren arabera zehazten da (10 - 100 m). Antena mota hau naturalki polarizatuta dago horizontalki.
Aipatzekoa da banda honi "maiztasun handiko" erreferentzia egiten hasi zela duela hamarkada batzuk, 30 MHz maiztasun handikoa zenean. Deskribapen hau zaharkituta dagoela dirudien arren, Nazioarteko Telekomunikazio Batasunaren izendapen ofiziala da eta oraindik ere asko erabiltzen da.
Polarizazio hobetsia bi modutara zehaztu daiteke: lurreko uhinak erabiliz distantzia laburreko seinaleztapen indartsuagoa lortzeko 300 kHz - 3 MHz uhin ertaineko (MW) banda erabiltzen duten emisio-ekipoen bidez, edo zeruko uhinak erabiliz distantzia luzeagoetarako ionosferako estekaren bidez. Oro har, bertikalki polarizatutako antenek lurreko uhinen hedapen hobea dute, eta horizontalki polarizatutako antenek, berriz, zeruko uhinen errendimendu hobea.
Polarizazio zirkularra oso erabilia da sateliteetan, satelitearen orientazioa lurreko estazioekiko eta beste sateliteekiko etengabe aldatzen ari baita. Igorle eta hartzailearen antenen arteko eraginkortasuna handiena da biak zirkularki polarizatuta daudenean, baina linealki polarizatutako antenak erabil daitezke CP antenekin, nahiz eta polarizazio galera faktore bat egon.
Polarizazioa ere garrantzitsua da 5G sistemetarako. 5G sarrera/irteera anitzeko (MIMO) antena-multzo batzuek errendimendu handiagoa lortzen dute polarizazioa erabiliz, eskuragarri dagoen espektroa modu eraginkorragoan erabiltzeko. Horretarako, seinale-polarizazio desberdinen konbinazioa eta antenen multiplexazio espaziala (espazio-aniztasuna) erabiltzen dira.
Sistemak bi datu-jario transmititu ditzake, datu-jarioak antena ortogonalki polarizatuak independenteen bidez konektatuta baitaude eta modu independentean berreskura daitezkeelako. Bide eta kanalen distortsioa, islapenak, bide anitzak eta bestelako inperfekzioak direla eta, polarizazio gurutzatua egon arren, hargailuak algoritmo sofistikatuak erabiltzen ditu jatorrizko seinale bakoitza berreskuratzeko, eta horrek bit errore tasak (BER) baxuak eta, azken finean, espektroaren erabilera hobetzen du.
ondorio gisa
Polarizazioa antenen propietate garrantzitsua da, askotan ahaztu egiten dena. Polarizazio lineala (horizontala eta bertikala barne), polarizazio zeiharra, polarizazio zirkularra eta polarizazio eliptikoa erabiltzen dira aplikazio desberdinetarako. Antena batek lor dezakeen muturretik muturrerako RF errendimendu-tartea bere orientazio erlatiboaren eta lerrokaduraren araberakoa da. Antena estandarrek polarizazio desberdinak dituzte eta espektroaren atal desberdinetarako egokiak dira, helburuko aplikaziorako polarizazio hobetsia emanez.
Gomendatutako produktuak:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parametroak | Tipikoa | Unitateak |
| Maiztasun-tartea | 20-30 | GHz |
| Irabazi | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. | |
| Polarizazioa | Bikoitza Lineala | |
| Polizia gurutzatuaren isolamendua | 60 Typ. | dB |
| Portuaren isolamendua | 70 Typ. | dB |
| Konektorea | SMA-Femakumea | |
| Materiala | Al | |
| Akabera | Pintura | |
| Tamaina(L*Z*A) | 83,9 * 39,6 * 69,4 (±5) | mm |
| Pisua | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Elementua | Zehaztapena | Unitatea |
| Maiztasun-tartea | 1-18 | GHz |
| Irabazi | 10 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Typ. | |
| Polarizazioa | Lineala | |
| Gurutzatutako Po. Isolamendua | 30 Typ. | dB |
| Konektorea | SMA-Emakumea | |
| Akabera | Pez | |
| Materiala | Al | |
| Tamaina(L*Z*A) | 182,4 * 185,1 * 116,6 (±5) | mm |
| Pisua | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parametroak | Tipikoa | Unitateak |
| Maiztasun-tartea | 2-18 | GHz |
| Irabazi | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Typ. |
|
| Polarizazioa | Bikoitza Lineala |
|
| Polizia gurutzatuaren isolamendua | 40 | dB |
| Portuaren isolamendua | 40 | dB |
| Konektorea | SMA-F |
|
| Gainazaleko tratamendua | Pez |
|
| Tamaina(L*Z*A) | 276*147*147(±5) | mm |
| Pisua | 0,945 | kg |
| Materiala | Al |
|
| Funtzionamendu-tenperatura | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parametroak | Tipikoa | Unitateak |
| Maiztasun-tartea | 93-95 | GHz |
| Irabazi | 22 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. |
|
| Polarizazioa | Bikoitza Lineala |
|
| Polizia gurutzatuaren isolamendua | 60 Typ. | dB |
| Portuaren isolamendua | 67 Typ. | dB |
| Konektorea | WR10 |
|
| Materiala | Cu |
|
| Akabera | Urrezkoa |
|
| Tamaina(L*Z*A) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Pisua | 0,015 | kg |
Argitaratze data: 2024ko apirilaren 11a
