วิศวกรอิเล็กทรอนิกส์รู้ดีว่าเสาอากาศส่งและรับสัญญาณในรูปของคลื่นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้า (EM) ที่อธิบายไว้ในสมการของแมกซ์เวลล์ เช่นเดียวกับหลายๆ หัวข้อ สมการเหล่านี้และการแพร่กระจาย คุณสมบัติของแม่เหล็กไฟฟ้า สามารถศึกษาได้ในระดับต่างๆ ตั้งแต่คำศัพท์เชิงคุณภาพไปจนถึงสมการที่ซับซ้อน
การแพร่กระจายพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้ามีหลายแง่มุม หนึ่งในนั้นคือโพลาไรเซชัน ซึ่งอาจมีผลกระทบหรือข้อกังวลในการใช้งานและการออกแบบเสาอากาศในระดับที่แตกต่างกัน หลักการพื้นฐานของโพลาไรเซชันใช้กับรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าทั้งหมด รวมถึง RF/ไร้สาย พลังงานแสง และมักใช้ในการใช้งานด้านแสง
โพลาไรเซชันของเสาอากาศคืออะไร?
ก่อนที่จะทำความเข้าใจโพลาไรเซชัน เราต้องเข้าใจหลักการพื้นฐานของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าก่อน คลื่นเหล่านี้ประกอบด้วยสนามไฟฟ้า (สนาม E) และสนามแม่เหล็ก (สนาม H) และเคลื่อนที่ไปในทิศทางเดียว สนาม E และ H ตั้งฉากกันและกับทิศทางของการแพร่กระจายคลื่นระนาบ
โพลาไรเซชันหมายถึงระนาบสนาม E จากมุมมองของเครื่องส่งสัญญาณ: สำหรับโพลาไรเซชันในแนวนอน สนามไฟฟ้าจะเคลื่อนที่ไปด้านข้างในระนาบแนวนอน ในขณะที่โพลาไรซ์ในแนวตั้ง สนามไฟฟ้าจะแกว่งขึ้นและลงในระนาบแนวตั้ง ( รูปที่ 1)
รูปที่ 1: คลื่นพลังงานแม่เหล็กไฟฟ้าประกอบด้วยส่วนประกอบของสนาม E และ H ตั้งฉากซึ่งกันและกัน
โพลาไรเซชันเชิงเส้นและโพลาไรซ์แบบวงกลม
โหมดโพลาไรซ์มีดังต่อไปนี้:
ในโพลาไรเซชันเชิงเส้นพื้นฐาน โพลาไรเซชันที่เป็นไปได้ทั้งสองแบบจะเป็นมุมตั้งฉาก (ตั้งฉาก) ซึ่งกันและกัน (รูปที่ 2) ตามทฤษฎีแล้ว เสาอากาศรับโพลาไรซ์ในแนวนอนจะไม่ "เห็น" สัญญาณจากเสาอากาศโพลาไรซ์ในแนวตั้ง และในทางกลับกัน แม้ว่าทั้งสองจะทำงานที่ความถี่เดียวกันก็ตาม ยิ่งวางตำแหน่งได้ดีเท่าไร สัญญาณก็จะยิ่งจับได้มากขึ้น และการถ่ายโอนพลังงานจะถูกขยายให้สูงสุดเมื่อโพลาไรเซชันตรงกัน
รูปที่ 2: โพลาไรเซชันเชิงเส้นมีตัวเลือกโพลาไรเซชันสองตัวที่มุมฉากซึ่งกันและกัน
โพลาไรเซชันแบบเฉียงของเสาอากาศถือเป็นโพลาไรซ์เชิงเส้นประเภทหนึ่ง เช่นเดียวกับโพลาไรเซชันแนวนอนและแนวตั้งขั้นพื้นฐาน โพลาไรเซชันนี้เหมาะสมในสภาพแวดล้อมภาคพื้นดินเท่านั้น โพลาไรเซชันแบบเฉียงอยู่ที่มุม ±45 องศากับระนาบอ้างอิงแนวนอน แม้ว่านี่เป็นเพียงอีกรูปแบบหนึ่งของโพลาไรซ์เชิงเส้น แต่คำว่า "เชิงเส้น" มักจะหมายถึงเสาอากาศโพลาไรซ์ในแนวนอนหรือแนวตั้งเท่านั้น
แม้จะมีการสูญเสียไปบ้าง แต่สัญญาณที่ส่ง (หรือรับ) โดยเสาอากาศแนวทแยงนั้นสามารถทำได้ด้วยเสาอากาศโพลาไรซ์ในแนวนอนหรือแนวตั้งเท่านั้น เสาอากาศโพลาไรซ์แบบเฉียงมีประโยชน์เมื่อไม่ทราบโพลาไรเซชันของเสาอากาศหนึ่งหรือทั้งสองเสาอากาศหรือมีการเปลี่ยนแปลงระหว่างการใช้งาน
โพลาไรเซชันแบบวงกลม (CP) มีความซับซ้อนมากกว่าโพลาไรเซชันเชิงเส้น ในโหมดนี้ โพลาไรซ์ที่แสดงโดยเวกเตอร์สนาม E จะหมุนขณะที่สัญญาณแพร่กระจาย เมื่อหมุนไปทางขวา (มองออกจากเครื่องส่งสัญญาณ) โพลาไรเซชันแบบวงกลมเรียกว่าโพลาไรซ์แบบวงกลมทางขวา (RHCP) เมื่อหมุนไปทางซ้ายจะมีโพลาไรเซชันแบบวงกลมด้านซ้าย (LHCP) (รูปที่ 3)
รูปที่ 3: ในโพลาไรเซชันแบบวงกลม เวกเตอร์สนาม E ของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าจะหมุน การหมุนนี้สามารถหมุนไปทางขวาหรือทางซ้ายได้
สัญญาณ CP ประกอบด้วยคลื่นตั้งฉากสองคลื่นที่อยู่นอกเฟส จำเป็นต้องมีเงื่อนไขสามประการเพื่อสร้างสัญญาณ CP ฟิลด์ E ต้องประกอบด้วยองค์ประกอบตั้งฉากสองส่วน ส่วนประกอบทั้งสองจะต้องอยู่นอกเฟส 90 องศาและมีแอมพลิจูดเท่ากัน วิธีง่ายๆ ในการสร้าง CP คือการใช้เสาอากาศแบบขดลวด
โพลาไรเซชันรูปไข่ (EP) คือ CP ประเภทหนึ่ง คลื่นโพลาไรซ์แบบวงรีคือค่าเกนที่เกิดจากคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นสองคลื่น เช่น คลื่น CP เมื่อคลื่นโพลาไรซ์เชิงเส้นตั้งฉากกันสองคลื่นซึ่งมีแอมพลิจูดไม่เท่ากันมารวมกัน คลื่นโพลาไรซ์ทรงรีจะถูกสร้างขึ้น
โพลาไรเซชันที่ไม่ตรงกันระหว่างเสาอากาศอธิบายได้ด้วยปัจจัยการสูญเสียโพลาไรเซชัน (PLF) พารามิเตอร์นี้แสดงเป็นเดซิเบล (dB) และเป็นฟังก์ชันของความแตกต่างในมุมโพลาไรเซชันระหว่างเสาอากาศที่ส่งและรับ ตามทฤษฎี PLF สามารถอยู่ในช่วงตั้งแต่ 0 dB (ไม่มีการสูญเสีย) สำหรับเสาอากาศที่มีการจัดตำแหน่งอย่างสมบูรณ์แบบ ไปจนถึง dB แบบไม่มีที่สิ้นสุด (การสูญเสียที่ไม่สิ้นสุด) สำหรับเสาอากาศที่ตั้งฉากอย่างสมบูรณ์แบบ
อย่างไรก็ตาม ในความเป็นจริง การจัดตำแหน่ง (หรือการวางแนวที่ไม่ถูกต้อง) ของโพลาไรเซชันนั้นไม่สมบูรณ์ เนื่องจากตำแหน่งเชิงกลของเสาอากาศ พฤติกรรมของผู้ใช้ การบิดเบือนช่องสัญญาณ การสะท้อนหลายเส้นทาง และปรากฏการณ์อื่น ๆ สามารถทำให้เกิดการบิดเบือนเชิงมุมของสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่ส่งผ่านได้ ในขั้นต้นจะมี "การรั่วไหล" ของโพลาไรซ์ข้ามขั้วสัญญาณ 10 - 30 dB หรือมากกว่าจากโพลาไรเซชันมุมฉาก ซึ่งในบางกรณีอาจเพียงพอที่จะรบกวนการกู้คืนสัญญาณที่ต้องการ
ในทางตรงกันข้าม PLF จริงสำหรับเสาอากาศสองเสาที่มีโพลาไรเซชันในอุดมคติอาจเป็น 10 dB, 20 dB หรือมากกว่า ขึ้นอยู่กับสถานการณ์ และอาจขัดขวางการกู้คืนสัญญาณ กล่าวอีกนัยหนึ่ง cross-polarization และ PLF โดยไม่ได้ตั้งใจสามารถทำงานได้ทั้งสองวิธีโดยการรบกวนสัญญาณที่ต้องการหรือลดความแรงของสัญญาณที่ต้องการ
ทำไมต้องสนใจเรื่องโพลาไรเซชัน?
โพลาไรเซชันทำงานในสองวิธี: ยิ่งเสาอากาศสองตัวอยู่ในแนวเดียวกันและมีโพลาไรซ์เท่ากัน ความแรงของสัญญาณที่ได้รับก็จะยิ่งดีขึ้นเท่านั้น ในทางกลับกัน การจัดตำแหน่งโพลาไรเซชันที่ไม่ดีทำให้ยากขึ้นสำหรับผู้รับ ไม่ว่าจะตั้งใจหรือไม่พึงพอใจ ก็สามารถจับสัญญาณที่สนใจได้เพียงพอ ในหลายกรณี "ช่อง" จะบิดเบือนโพลาไรเซชันที่ส่ง หรือเสาอากาศหนึ่งหรือทั้งสองไม่ได้อยู่ในทิศทางคงที่
การเลือกโพลาไรเซชันที่จะใช้มักจะถูกกำหนดโดยการติดตั้งหรือสภาพบรรยากาศ ตัวอย่างเช่น เสาอากาศโพลาไรซ์แนวนอนจะทำงานได้ดีขึ้นและรักษาโพลาไรซ์ไว้เมื่อติดตั้งใกล้เพดาน ในทางกลับกัน เสาอากาศโพลาไรซ์ในแนวตั้งจะทำงานได้ดีขึ้นและรักษาประสิทธิภาพโพลาไรซ์ไว้เมื่อติดตั้งใกล้กับผนังด้านข้าง
เสาอากาศไดโพลที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย (ธรรมดาหรือพับ) มีโพลาไรซ์ในแนวนอนในทิศทางการติดตั้ง "ปกติ" (รูปที่ 4) และมักจะหมุน 90 องศาเพื่อรับโพลาไรซ์แนวตั้งเมื่อจำเป็น หรือเพื่อรองรับโหมดโพลาไรซ์ที่ต้องการ ( รูปที่ 5)
รูปที่ 4: เสาอากาศไดโพลมักจะติดตั้งในแนวนอนบนเสาเพื่อให้โพลาไรซ์ในแนวนอน
รูปที่ 5: สำหรับการใช้งานที่ต้องการโพลาไรซ์ในแนวตั้ง สามารถติดตั้งเสาอากาศไดโพลตามตำแหน่งที่เสาอากาศจับได้
โพลาไรเซชันในแนวตั้งมักใช้สำหรับวิทยุเคลื่อนที่แบบมือถือ เช่น วิทยุที่ใช้โดยหน่วยฉุกเฉิน เนื่องจากการออกแบบเสาอากาศวิทยุโพลาไรซ์ในแนวตั้งหลายแบบยังให้รูปแบบการแผ่รังสีรอบทิศทางด้วย ดังนั้นเสาอากาศดังกล่าวจึงไม่จำเป็นต้องปรับทิศทางใหม่แม้ว่าทิศทางของวิทยุและเสาอากาศจะเปลี่ยนไปก็ตาม
โดยทั่วไปแล้วเสาอากาศความถี่สูง 3 - 30 MHz (HF) จะถูกสร้างขึ้นเป็นสายไฟยาวธรรมดาที่พันเข้าด้วยกันในแนวนอนระหว่างวงเล็บ ความยาวถูกกำหนดโดยความยาวคลื่น (10 - 100 ม.) เสาอากาศประเภทนี้มีโพลาไรซ์ในแนวนอนตามธรรมชาติ
เป็นที่น่าสังเกตว่าการเรียกย่านความถี่นี้ว่า "ความถี่สูง" เริ่มต้นเมื่อหลายสิบปีก่อน เมื่อ 30 MHz เป็นความถี่สูงจริงๆ แม้ว่าคำอธิบายนี้ดูเหมือนจะล้าสมัยไปแล้ว แต่เป็นการกำหนดอย่างเป็นทางการโดยสหภาพโทรคมนาคมระหว่างประเทศ และยังคงใช้กันอย่างแพร่หลาย
โพลาไรเซชันที่ต้องการอาจกำหนดได้สองวิธี: การใช้คลื่นพื้นดินเพื่อการส่งสัญญาณระยะสั้นที่แรงกว่าโดยอุปกรณ์กระจายเสียงโดยใช้แถบคลื่นกลาง (MW) 300 kHz - 3 MHz หรือใช้คลื่นท้องฟ้าในระยะทางที่ไกลกว่าผ่านลิงก์ไอโอโนสเฟียร์ โดยทั่วไปแล้ว เสาอากาศโพลาไรซ์ในแนวตั้งจะมีการแพร่กระจายคลื่นพื้นได้ดีกว่า ในขณะที่เสาอากาศโพลาไรซ์ในแนวนอนจะมีประสิทธิภาพคลื่นท้องฟ้าที่ดีกว่า
โพลาไรเซชันแบบวงกลมถูกนำมาใช้กันอย่างแพร่หลายสำหรับดาวเทียม เนื่องจากการวางแนวของดาวเทียมที่สัมพันธ์กับสถานีภาคพื้นดินและดาวเทียมอื่นๆ มีการเปลี่ยนแปลงอยู่ตลอดเวลา ประสิทธิภาพระหว่างเสาอากาศส่งและรับจะดีที่สุดเมื่อทั้งสองมีโพลาไรซ์แบบวงกลม แต่เสาอากาศโพลาไรซ์เชิงเส้นสามารถใช้กับเสาอากาศ CP ได้ แม้ว่าจะมีปัจจัยการสูญเสียโพลาไรซ์ก็ตาม
โพลาไรเซชันยังมีความสำคัญสำหรับระบบ 5G อาร์เรย์เสาอากาศ 5G หลายอินพุต/หลายเอาต์พุต (MIMO) บางตัวมีทรูพุตเพิ่มขึ้นโดยใช้โพลาไรเซชันเพื่อใช้สเปกตรัมที่มีอยู่อย่างมีประสิทธิภาพมากขึ้น ซึ่งสามารถทำได้โดยใช้การผสมผสานระหว่างโพลาไรเซชันของสัญญาณที่แตกต่างกันและมัลติเพล็กซ์เชิงพื้นที่ของเสาอากาศ (ความหลากหลายของพื้นที่)
ระบบสามารถส่งสตรีมข้อมูลได้สองสตรีม เนื่องจากสตรีมข้อมูลเชื่อมต่อกันด้วยเสาอากาศโพลาไรซ์แบบแยกมุมฉากที่เป็นอิสระ และสามารถกู้คืนได้โดยอิสระ แม้ว่าโพลาไรเซชันแบบข้ามบางส่วนจะเกิดขึ้นเนื่องจากการบิดเบือนของเส้นทางและช่องสัญญาณ การสะท้อน มัลติพาธ และความไม่สมบูรณ์อื่นๆ เครื่องรับจะใช้อัลกอริธึมที่ซับซ้อนเพื่อกู้คืนสัญญาณต้นฉบับแต่ละรายการ ส่งผลให้อัตราข้อผิดพลาดบิตต่ำ (BER) และการใช้งานสเปกตรัมที่ดีขึ้นในที่สุด
สรุปแล้ว
โพลาไรเซชันเป็นคุณสมบัติของเสาอากาศที่สำคัญที่มักถูกมองข้าม โพลาไรซ์เชิงเส้น (รวมถึงแนวนอนและแนวตั้ง) โพลาไรเซชันแบบเฉียง โพลาไรเซชันแบบวงกลม และโพลาไรซ์แบบวงรีถูกนำมาใช้สำหรับการใช้งานที่แตกต่างกัน ช่วงของประสิทธิภาพ RF จากต้นทางถึงปลายทางที่เสาอากาศสามารถทำได้นั้นขึ้นอยู่กับการวางแนวและการจัดตำแหน่งที่สัมพันธ์กัน เสาอากาศมาตรฐานมีโพลาไรเซชันที่แตกต่างกันและเหมาะสำหรับส่วนต่างๆ ของสเปกตรัม ทำให้เกิดโพลาไรซ์ที่ต้องการสำหรับการใช้งานเป้าหมาย
สินค้าแนะนำ：
| RM-DPHA2030-15 | ||
| พารามิเตอร์ | ทั่วไป | หน่วย |
| ช่วงความถี่ | 20-30 | กิกะเฮิรตซ์ |
| ได้รับ | 15 แบบ | dBi |
| VSWR | 1.3 แบบ | |
| โพลาไรซ์ | คู่ เชิงเส้น | |
| ข้ามพล. การแยกตัว | 60 แบบ | dB |
| การแยกพอร์ต | 70 แบบ | dB |
| ตัวเชื่อมต่อ | สมา-Fอีเมล | |
| วัสดุ | Al | |
| จบ | สี | |
| ขนาด(ยาว*กว้าง*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 แบบ | dBi |
| VSWR | 1.5 แบบ | |
| โพลาไรซ์ | เชิงเส้น | |
| ครอสโป. การแยกตัว | 30 แบบ | dB |
| ตัวเชื่อมต่อ | SMA-หญิง | |
| จบ | Pไม่ใช่ | |
| วัสดุ | Al | |
| ขนาด(ยาว*กว้าง*สูง) | 182.4*185.1*116.6(±5) | mm |
| น้ำหนัก | 0.603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| พารามิเตอร์ | ทั่วไป | หน่วย |
| ช่วงความถี่ | 2-18 | กิกะเฮิรตซ์ |
| ได้รับ | 15 แบบ | dBi |
| VSWR | 1.5 แบบ |
|
| โพลาไรซ์ | คู่ เชิงเส้น |
|
| ข้ามพล. การแยกตัว | 40 | dB |
| การแยกพอร์ต | 40 | dB |
| ตัวเชื่อมต่อ | SMA-F |
|
| การรักษาพื้นผิว | Pไม่ใช่ |
|
| ขนาด(ยาว*กว้าง*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 แบบ | dBi |
| VSWR | 1.3 แบบ |
|
| โพลาไรซ์ | คู่ เชิงเส้น |
|
| ข้ามพล. การแยกตัว | 60 แบบ | dB |
| การแยกพอร์ต | 67 แบบ | dB |
| ตัวเชื่อมต่อ | WR10 |
|
| วัสดุ | Cu |
|
| จบ | ทอง |
|
| ขนาด(ยาว*กว้าง*สูง) | 69.3*19.1*21.2 (±5) | mm |
| น้ำหนัก | 0.015 | kg |
เวลาโพสต์: 11 เมษายน-2024
