วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์ทราบว่าเสาอากาศส่งและรับสัญญาณในรูปของคลื่นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า (EM) ที่อธิบายโดยสมการของแมกซ์เวลล์ เช่นเดียวกับหัวข้ออื่นๆ สมการเหล่านี้และคุณสมบัติการแพร่กระจายของแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถศึกษาได้ในระดับต่างๆ ตั้งแต่ระดับเชิงคุณภาพไปจนถึงสมการที่ซับซ้อน
การแพร่กระจายพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้ามีหลายแง่มุม หนึ่งในนั้นคือโพลาไรเซชัน ซึ่งอาจมีผลกระทบหรือข้อกังวลในระดับต่างๆ กันในแอปพลิเคชันและการออกแบบเสาอากาศ หลักการพื้นฐานของโพลาไรเซชันใช้ได้กับการแผ่คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด รวมถึง RF/ไร้สาย พลังงานแสง และมักใช้ในแอปพลิเคชันออปติก
โพลาไรเซชั่นของเสาอากาศคืออะไร
ก่อนที่จะเข้าใจโพลาไรเซชัน เราต้องเข้าใจหลักการพื้นฐานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก่อน คลื่นเหล่านี้ประกอบด้วยสนามไฟฟ้า (สนาม E) และสนามแม่เหล็ก (สนาม H) และเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียวกัน สนาม E และ H ตั้งฉากกันและตั้งฉากกับทิศทางการแพร่กระจายของคลื่นระนาบ
โพลาไรเซชันหมายถึงระนาบสนามไฟฟ้าจากมุมมองของเครื่องส่งสัญญาณ สำหรับโพลาไรเซชันแนวนอน สนามไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ไปทางด้านข้างในระนาบแนวนอน ในขณะที่สำหรับโพลาไรเซชันแนวตั้ง สนามไฟฟ้าจะแกว่งขึ้นและลงในระนาบแนวตั้ง (รูปที่ 1)
รูปที่ 1: คลื่นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยองค์ประกอบของสนาม E และ H ที่ตั้งฉากกัน
โพลาไรเซชันเชิงเส้นและโพลาไรเซชันแบบวงกลม
โหมดโพลาไรเซชันมีดังต่อไปนี้:
ในโพลาไรเซชันเชิงเส้นพื้นฐาน โพลาไรเซชันที่เป็นไปได้สองแบบจะตั้งฉากกัน (ตั้งฉากกัน) (รูปที่ 2) ในทางทฤษฎี เสาอากาศรับสัญญาณโพลาไรเซชันแนวนอนจะไม่ "มองเห็น" สัญญาณจากเสาอากาศโพลาไรเซชันแนวตั้ง และในทางกลับกัน แม้ว่าทั้งสองจะทำงานที่ความถี่เดียวกันก็ตาม ยิ่งจัดตำแหน่งได้ดีเท่าไร ก็จะยิ่งจับสัญญาณได้มากขึ้นเท่านั้น และการถ่ายโอนพลังงานจะสูงสุดเมื่อโพลาไรเซชันตรงกัน
รูปที่ 2: โพลาไรเซชันเชิงเส้นมีตัวเลือกโพลาไรเซชันสองแบบที่ตั้งฉากกัน
โพลาไรซ์แบบเฉียงของเสาอากาศเป็นโพลาไรซ์แบบเชิงเส้นประเภทหนึ่ง เช่นเดียวกับโพลาไรซ์แนวนอนและแนวตั้งทั่วไป โพลาไรซ์แบบนี้จะสมเหตุสมผลเฉพาะในสภาพแวดล้อมภาคพื้นดินเท่านั้น โพลาไรซ์แบบเฉียงจะทำมุม ±45 องศากับระนาบอ้างอิงแนวนอน แม้ว่าโพลาไรซ์เชิงเส้นจะเป็นเพียงรูปแบบหนึ่งเท่านั้น แต่คำว่า "เชิงเส้น" มักจะหมายถึงเสาอากาศที่มีโพลาไรซ์แนวนอนหรือแนวตั้งเท่านั้น
แม้ว่าจะมีการสูญเสียบ้าง สัญญาณที่ส่ง (หรือรับ) โดยเสาอากาศแนวทแยงมุมก็สามารถทำได้โดยใช้เสาอากาศที่มีโพลาไรซ์แนวนอนหรือแนวตั้งเท่านั้น เสาอากาศที่มีโพลาไรซ์แนวเฉียงมีประโยชน์เมื่อไม่ทราบโพลาไรซ์ของเสาอากาศหนึ่งหรือทั้งสองเสาหรือมีการเปลี่ยนแปลงระหว่างการใช้งาน
โพลาไรเซชันแบบวงกลม (Circular polarization: CP) มีความซับซ้อนมากกว่าโพลาไรเซชันแบบเชิงเส้น ในโหมดนี้ โพลาไรเซชันที่แสดงโดยเวกเตอร์สนาม E จะหมุนตามการแพร่กระจายของสัญญาณ เมื่อหมุนไปทางขวา (มองออกไปจากเครื่องส่งสัญญาณ) โพลาไรเซชันแบบวงกลมจะเรียกว่าโพลาไรเซชันแบบวงกลมขวามือ (RHCP) เมื่อหมุนไปทางซ้าย โพลาไรเซชันแบบวงกลมซ้ายมือ (LHCP) (รูปที่ 3)
รูปที่ 3: ในโพลาไรเซชันแบบวงกลม เวกเตอร์สนาม E ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะหมุน การหมุนนี้อาจเป็นการหมุนแบบขวาหรือแบบซ้ายก็ได้
สัญญาณ CP ประกอบด้วยคลื่นตั้งฉากสองคลื่นที่ไม่อยู่ในเฟส ต้องมีเงื่อนไขสามประการจึงจะสร้างสัญญาณ CP ได้ สนาม E ต้องประกอบด้วยส่วนประกอบตั้งฉากสองชิ้น ส่วนประกอบทั้งสองชิ้นต้องมีเฟสต่างกัน 90 องศาและมีแอมพลิจูดเท่ากัน วิธีง่ายๆ ในการสร้าง CP คือการใช้เสาอากาศแบบเกลียว
โพลาไรเซชันวงรี (EP) เป็น CP ประเภทหนึ่ง คลื่นโพลาไรซ์วงรีคือค่าเกนที่เกิดจากคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นสองคลื่น เช่น คลื่น CP เมื่อรวมคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นสองคลื่นที่ตั้งฉากกันและมีแอมพลิจูดไม่เท่ากันเข้าด้วยกัน ก็จะได้คลื่นโพลาไรซ์วงรี
ความไม่ตรงกันของโพลาไรเซชันระหว่างเสาอากาศอธิบายโดยปัจจัยการสูญเสียโพลาไรเซชัน (PLF) พารามิเตอร์นี้แสดงเป็นเดซิเบล (dB) และเป็นฟังก์ชันของความแตกต่างของมุมโพลาไรเซชันระหว่างเสาอากาศส่งและเสาอากาศรับ ในทางทฤษฎี PLF อาจอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0 dB (ไม่มีการสูญเสีย) สำหรับเสาอากาศที่เรียงตัวอย่างสมบูรณ์แบบไปจนถึง dB อนันต์ (การสูญเสียอนันต์) สำหรับเสาอากาศที่ตั้งฉากกันอย่างสมบูรณ์แบบ
อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง การจัดตำแหน่ง (หรือการจัดตำแหน่งที่ไม่ถูกต้อง) ของโพลาไรเซชันนั้นไม่สมบูรณ์แบบ เนื่องจากตำแหน่งทางกลของเสาอากาศ พฤติกรรมของผู้ใช้ การบิดเบือนช่องสัญญาณ การสะท้อนจากหลายเส้นทาง และปรากฏการณ์อื่นๆ อาจทำให้สนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งผ่านเกิดการบิดเบือนเชิงมุมได้ ในตอนแรก จะมี "การรั่วไหล" ของสัญญาณโพลาไรเซชันข้ามขั้วจากโพลาไรเซชันมุมฉาก 10 - 30 เดซิเบลหรือมากกว่านั้น ซึ่งในบางกรณีอาจเพียงพอที่จะรบกวนการกู้คืนสัญญาณที่ต้องการ
ในทางตรงกันข้าม PLF จริงสำหรับเสาอากาศที่เรียงกันสองเสาที่มีโพลาไรเซชันในอุดมคติอาจเป็น 10 dB, 20 dB หรือมากกว่า ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ และอาจขัดขวางการกู้คืนสัญญาณ กล่าวอีกนัยหนึ่ง โพลาไรเซชันข้ามที่ไม่ได้ตั้งใจและ PLF อาจทำงานทั้งสองทางโดยรบกวนสัญญาณที่ต้องการหรือลดความแรงของสัญญาณที่ต้องการ
เหตุใดจึงต้องใส่ใจเรื่องโพลาไรเซชัน?
โพลาไรเซชันทำงานด้วยสองวิธี: ยิ่งเสาอากาศสองเสาเรียงกันและมีโพลาไรเซชันเท่ากันมากเท่าไร ความแรงของสัญญาณที่รับได้ก็จะยิ่งดีขึ้น ในทางกลับกัน การจัดตำแหน่งโพลาไรเซชันที่ไม่ดีจะทำให้เครื่องรับรับสัญญาณที่ต้องการได้ยากขึ้น ไม่ว่าจะตั้งใจหรือไม่ก็ตาม ในหลายกรณี "ช่องสัญญาณ" จะทำให้โพลาไรเซชันที่ส่งออกมาผิดเพี้ยน หรือเสาอากาศหนึ่งหรือทั้งสองเสาไม่ได้อยู่ในทิศทางคงที่
การเลือกใช้โพลาไรซ์นั้นมักจะขึ้นอยู่กับการติดตั้งหรือสภาพบรรยากาศ ตัวอย่างเช่น เสาอากาศโพลาไรซ์แนวนอนจะทำงานได้ดีกว่าและรักษาประสิทธิภาพการโพลาไรซ์ไว้ได้เมื่อติดตั้งใกล้กับเพดาน ในทางกลับกัน เสาอากาศโพลาไรซ์แนวตั้งจะทำงานได้ดีกว่าและรักษาประสิทธิภาพการโพลาไรซ์ไว้ได้เมื่อติดตั้งใกล้กับผนังด้านข้าง
เสาอากาศไดโพลที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย (แบบเรียบหรือแบบพับ) จะมีโพลาไรซ์แนวนอนในทิศทางการติดตั้ง "ปกติ" (รูปที่ 4) และมักจะหมุน 90 องศาเพื่อรับโพลาไรซ์แนวตั้งเมื่อจำเป็นหรือเพื่อรองรับโหมดโพลาไรซ์ที่ต้องการ (รูปที่ 5)
รูปที่ 4: เสาอากาศไดโพลมักจะติดตั้งในแนวนอนบนเสาเพื่อให้เกิดโพลาไรซ์แนวนอน
รูปที่ 5: สำหรับแอปพลิเคชั่นที่ต้องการโพลาไรเซชันแนวตั้ง สามารถติดตั้งเสาอากาศไดโพลได้ตามตำแหน่งที่เสาอากาศจับ
โดยทั่วไปแล้ว โพลาไรเซชันแนวตั้งมักใช้กับวิทยุสื่อสารแบบพกพา เช่น วิทยุที่ใช้โดยหน่วยกู้ภัย เนื่องจากเสาอากาศวิทยุแบบโพลาไรเซชันแนวตั้งจำนวนมากยังให้รูปแบบการแผ่รังสีแบบรอบทิศทางด้วย ดังนั้น จึงไม่จำเป็นต้องปรับทิศทางเสาอากาศดังกล่าว แม้ว่าทิศทางของวิทยุและเสาอากาศจะเปลี่ยนไปก็ตาม
เสาอากาศความถี่สูง (HF) 3 - 30 MHz โดยทั่วไปจะสร้างขึ้นเป็นสายยาวธรรมดาที่ร้อยเข้าด้วยกันในแนวนอนระหว่างวงเล็บ ความยาวของสายจะถูกกำหนดโดยความยาวคลื่น (10 - 100 ม.) เสาอากาศประเภทนี้มีโพลาไรซ์แนวนอนตามธรรมชาติ
ที่น่าสังเกตก็คือ การเรียกย่านความถี่นี้ว่า "ความถี่สูง" นั้นเริ่มมีมานานหลายสิบปีแล้ว โดยที่ 30 MHz ถือเป็นย่านความถี่สูง แม้ว่าคำอธิบายนี้จะดูล้าสมัยไปแล้ว แต่สหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศก็ได้กำหนดไว้อย่างเป็นทางการแล้ว และยังคงใช้กันอย่างแพร่หลาย
โพลาไรเซชันที่ต้องการสามารถกำหนดได้สองวิธี: ใช้คลื่นพื้นดินสำหรับการส่งสัญญาณระยะสั้นที่แรงขึ้นโดยใช้อุปกรณ์ออกอากาศที่ใช้แบนด์คลื่นกลาง (MW) 300 kHz - 3 MHz หรือใช้คลื่นท้องฟ้าสำหรับระยะทางที่ไกลขึ้นผ่านลิงก์ไอโอโนสเฟียร์ โดยทั่วไปแล้วเสาอากาศโพลาไรเซชันแนวตั้งจะมีการแพร่กระจายคลื่นพื้นดินที่ดีกว่า ในขณะที่เสาอากาศโพลาไรเซชันแนวนอนจะมีประสิทธิภาพของคลื่นท้องฟ้าที่ดีกว่า
โพลาไรซ์แบบวงกลมใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับดาวเทียม เนื่องจากทิศทางของดาวเทียมสัมพันธ์กับสถานีภาคพื้นดินและดาวเทียมดวงอื่น ๆ เปลี่ยนแปลงตลอดเวลา ประสิทธิภาพระหว่างเสาอากาศส่งและรับจะดีที่สุดเมื่อทั้งสองมีโพลาไรซ์แบบวงกลม แต่สามารถใช้เสาอากาศโพลาไรซ์แบบเชิงเส้นกับเสาอากาศ CP ได้ แม้ว่าจะมีปัจจัยการสูญเสียโพลาไรซ์ก็ตาม
โพลาไรเซชันยังมีความสำคัญสำหรับระบบ 5G อีกด้วย เสาอากาศแบบ MIMO (multiple-input/multiple-output) 5G บางรุ่นสามารถเพิ่มปริมาณงานได้โดยใช้โพลาไรเซชันเพื่อใช้สเปกตรัมที่มีอยู่ได้อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งทำได้โดยใช้การผสมผสานโพลาไรเซชันสัญญาณที่แตกต่างกันและการมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่ของเสาอากาศ (ความหลากหลายของพื้นที่)
ระบบสามารถส่งข้อมูลได้สองสตรีมเนื่องจากสตรีมข้อมูลเชื่อมต่อกันด้วยเสาอากาศโพลาไรซ์ตั้งฉากอิสระและสามารถกู้คืนได้โดยอิสระ แม้ว่าจะมีโพลาไรซ์แบบไขว้เกิดขึ้นบ้างเนื่องจากความผิดเพี้ยนของเส้นทางและช่องสัญญาณ การสะท้อน มัลติพาธ และข้อบกพร่องอื่นๆ ตัวรับสัญญาณจะใช้ขั้นตอนวิธีที่ซับซ้อนเพื่อกู้คืนสัญญาณต้นฉบับแต่ละสัญญาณ ส่งผลให้มีอัตราข้อผิดพลาดบิต (BER) ต่ำและสุดท้ายก็สามารถใช้สเปกตรัมได้ดีขึ้น
สรุปแล้ว
โพลาไรเซชันเป็นคุณสมบัติที่สำคัญของเสาอากาศที่มักถูกมองข้าม โพลาไรเซชันเชิงเส้น (รวมถึงแนวนอนและแนวตั้ง) โพลาไรเซชันเฉียง โพลาไรเซชันวงกลม และโพลาไรเซชันวงรี ถูกใช้สำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน ช่วงประสิทธิภาพ RF แบบ end-to-end ที่เสาอากาศสามารถทำได้ขึ้นอยู่กับการวางแนวและการจัดตำแหน่งสัมพันธ์ เสาอากาศมาตรฐานมีโพลาไรเซชันต่างกันและเหมาะสำหรับส่วนต่างๆ ของสเปกตรัม ทำให้ได้โพลาไรเซชันที่ต้องการสำหรับการใช้งานเป้าหมาย
สินค้าแนะนำ：
| RM-DPHA2030-15 | ||
| พารามิเตอร์ | ทั่วไป | หน่วย |
| ช่วงความถี่ | 20-30 | กิกะเฮิรตซ์ |
| ได้รับ | 15 ประเภท | dBi |
| ค่า VSWR | 1.3 ประเภท | |
| โพลาไรเซชั่น | คู่ เชิงเส้น | |
| การแยกขั้วข้าม | 60 ประเภท | dB |
| การแยกพอร์ต | 70 ประเภท | dB |
| ตัวเชื่อมต่อ | เอสเอ็มเอ-Fเคลือบอีชาย | |
| วัสดุ | Al | |
| งานตกแต่ง | สี | |
| ขนาด(กว้าง*ยาว*สูง) | 83.9*39.6*69.4(±5) | mm |
| น้ำหนัก | 0.074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| รายการ | ข้อมูลจำเพาะ | หน่วย |
| ช่วงความถี่ | 1-18 | กิกะเฮิรตซ์ |
| ได้รับ | 10 ประเภท | dBi |
| ค่า VSWR | 1.5 ประเภท | |
| โพลาไรเซชั่น | เชิงเส้น | |
| ครอส พอยท์ โซโล | 30 ประเภท | dB |
| ตัวเชื่อมต่อ | SMA-เพศหญิง | |
| งานตกแต่ง | Pไม่ใช่ | |
| วัสดุ | Al | |
| ขนาด(กว้าง*ยาว*สูง) | 182.4*185.1*116.6(±5) | mm |
| น้ำหนัก | 0.603 | kg |
| RM-ซีดีพีเอชเอ218-15 | ||
| พารามิเตอร์ | ทั่วไป | หน่วย |
| ช่วงความถี่ | 2-18 | กิกะเฮิรตซ์ |
| ได้รับ | 15 ประเภท | dBi |
| ค่า VSWR | 1.5 ประเภท |
|
| โพลาไรเซชั่น | คู่ เชิงเส้น |
|
| การแยกขั้วข้าม | 40 | dB |
| การแยกพอร์ต | 40 | dB |
| ตัวเชื่อมต่อ | เอสเอ็มเอ-เอฟ |
|
| การบำบัดพื้นผิว | Pไม่ใช่ |
|
| ขนาด(กว้าง*ยาว*สูง) | 276*147*147(±5) | mm |
| น้ำหนัก | 0.945 | kg |
| วัสดุ | Al |
|
| อุณหภูมิในการทำงาน | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| พารามิเตอร์ | ทั่วไป | หน่วย |
| ช่วงความถี่ | 93-95 | กิกะเฮิรตซ์ |
| ได้รับ | 22 ประเภท | dBi |
| ค่า VSWR | 1.3 ประเภท |
|
| โพลาไรเซชั่น | คู่ เชิงเส้น |
|
| การแยกขั้วข้าม | 60 ประเภท | dB |
| การแยกพอร์ต | 67 ประเภท | dB |
| ตัวเชื่อมต่อ | WR10 |
|
| วัสดุ | Cu |
|
| งานตกแต่ง | สีทอง |
|
| ขนาด(กว้าง*ยาว*สูง) | 69.3*19.1*21.2 (±5) | mm |
| น้ำหนัก | 0.015 | kg |
เวลาโพสต์ : 11 เม.ย. 2567
