Các kỹ sư điện tử biết rằng ăng-ten gửi và nhận tín hiệu dưới dạng sóng năng lượng điện từ (EM) được mô tả bằng phương trình Maxwell. Giống như nhiều chủ đề, các phương trình này và sự lan truyền, tính chất của điện từ có thể được nghiên cứu ở các cấp độ khác nhau, từ các thuật ngữ định tính tương đối đến các phương trình phức tạp.
Có nhiều khía cạnh đối với việc truyền năng lượng điện từ, một trong số đó là sự phân cực, có thể có mức độ tác động hoặc mối quan tâm khác nhau trong các ứng dụng và thiết kế ăng-ten của chúng. Các nguyên tắc phân cực cơ bản áp dụng cho tất cả các bức xạ điện từ, bao gồm RF/không dây, năng lượng quang học và thường được sử dụng trong các ứng dụng quang học.
Phân cực anten là gì?
Trước khi hiểu sự phân cực, trước tiên chúng ta phải hiểu các nguyên lý cơ bản của sóng điện từ. Những sóng này bao gồm điện trường (trường E) và từ trường (trường H) và chuyển động theo một hướng. Trường E và H vuông góc với nhau và vuông góc với hướng truyền sóng phẳng.
Phân cực đề cập đến mặt phẳng trường E theo quan điểm của máy phát tín hiệu: đối với phân cực ngang, điện trường sẽ di chuyển sang một bên trong mặt phẳng ngang, trong khi đối với phân cực dọc, điện trường sẽ dao động lên xuống trong mặt phẳng thẳng đứng.( hình 1).
Hình 1: Sóng năng lượng điện từ gồm các thành phần trường E và H vuông góc với nhau
Phân cực tuyến tính và phân cực tròn
Các chế độ phân cực bao gồm:
Trong phân cực tuyến tính cơ bản, hai phân cực có thể là trực giao (vuông góc) với nhau (Hình 2). Về lý thuyết, ăng-ten thu phân cực ngang sẽ không "nhìn thấy" tín hiệu từ ăng-ten phân cực dọc và ngược lại, ngay cả khi cả hai đều hoạt động ở cùng tần số. Chúng càng được căn chỉnh tốt thì càng thu được nhiều tín hiệu và khả năng truyền năng lượng được tối đa hóa khi các phân cực khớp nhau.
Hình 2: Phân cực tuyến tính cung cấp hai tùy chọn phân cực vuông góc với nhau
Phân cực xiên của anten là một loại phân cực tuyến tính. Giống như sự phân cực ngang và dọc cơ bản, sự phân cực này chỉ có ý nghĩa trong môi trường trên mặt đất. Phân cực xiên nằm ở góc ±45 độ so với mặt phẳng tham chiếu nằm ngang. Mặc dù đây thực sự chỉ là một dạng phân cực tuyến tính khác, nhưng thuật ngữ "tuyến tính" thường chỉ đề cập đến các ăng-ten phân cực theo chiều ngang hoặc chiều dọc.
Mặc dù có một số tổn thất, tín hiệu được gửi (hoặc nhận) bằng ăng-ten chéo chỉ có thể thực hiện được với ăng-ten phân cực theo chiều ngang hoặc chiều dọc. Anten phân cực xiên rất hữu ích khi không xác định được độ phân cực của một hoặc cả hai anten hoặc thay đổi trong quá trình sử dụng.
Phân cực tròn (CP) phức tạp hơn phân cực tuyến tính. Trong chế độ này, sự phân cực được biểu thị bằng vectơ trường E sẽ quay khi tín hiệu truyền đi. Khi quay sang phải (từ máy phát nhìn ra), phân cực tròn được gọi là phân cực tròn thuận tay phải (RHCP); khi quay sang trái, phân cực tròn thuận tay trái (LHCP) (Hình 3)
Hình 3: Trong phân cực tròn, vectơ trường E của sóng điện từ quay; vòng quay này có thể thuận tay phải hoặc tay trái
Tín hiệu CP bao gồm hai sóng trực giao lệch pha nhau. Cần có ba điều kiện để tạo tín hiệu CP. Trường E phải bao gồm hai thành phần trực giao; hai thành phần phải lệch pha nhau 90 độ và có biên độ bằng nhau. Một cách đơn giản để tạo CP là sử dụng ăng-ten xoắn ốc.
Phân cực elip (EP) là một loại CP. Sóng phân cực elip là mức tăng được tạo ra bởi hai sóng phân cực tuyến tính, giống như sóng CP. Khi kết hợp hai sóng phân cực tuyến tính vuông góc với nhau có biên độ không bằng nhau sẽ tạo ra một sóng phân cực elip.
Sự không khớp phân cực giữa các anten được mô tả bằng hệ số tổn thất phân cực (PLF). Tham số này được biểu thị bằng decibel (dB) và là hàm của sự khác biệt về góc phân cực giữa anten phát và anten thu. Về mặt lý thuyết, PLF có thể dao động từ 0 dB (không suy hao) đối với anten được căn chỉnh hoàn hảo đến dB vô hạn (tổn hao vô hạn) đối với anten trực giao hoàn hảo.
Tuy nhiên, trên thực tế, sự căn chỉnh (hoặc lệch) của phân cực không hoàn hảo vì vị trí cơ học của ăng-ten, hành vi của người dùng, méo kênh, phản xạ đa đường và các hiện tượng khác có thể gây ra một số biến dạng góc của trường điện từ truyền đi. Ban đầu, sẽ có "rò rỉ" phân cực chéo tín hiệu từ 10 - 30 dB trở lên từ phân cực trực giao, trong một số trường hợp có thể đủ để cản trở việc khôi phục tín hiệu mong muốn.
Ngược lại, PLF thực tế đối với hai ăng ten thẳng hàng có độ phân cực lý tưởng có thể là 10 dB, 20 dB hoặc lớn hơn, tùy theo từng trường hợp và có thể cản trở việc phục hồi tín hiệu. Nói cách khác, sự phân cực chéo ngoài ý muốn và PLF có thể hoạt động theo cả hai cách bằng cách gây nhiễu tín hiệu mong muốn hoặc giảm cường độ tín hiệu mong muốn.
Tại sao quan tâm đến sự phân cực?
Phân cực hoạt động theo hai cách: hai ăng-ten càng thẳng hàng và có cùng độ phân cực thì cường độ tín hiệu thu được càng tốt. Ngược lại, việc căn chỉnh phân cực kém sẽ gây khó khăn hơn cho người nhận, dù có ý định hay không hài lòng, trong việc thu đủ tín hiệu quan tâm. Trong nhiều trường hợp, "kênh" làm biến dạng phân cực truyền đi hoặc một hoặc cả hai ăng-ten không theo hướng tĩnh cố định.
Việc lựa chọn sử dụng phân cực nào thường được xác định bởi cách lắp đặt hoặc điều kiện khí quyển. Ví dụ, ăng-ten phân cực ngang sẽ hoạt động tốt hơn và duy trì độ phân cực khi lắp đặt gần trần nhà; ngược lại, ăng-ten phân cực dọc sẽ hoạt động tốt hơn và duy trì hiệu suất phân cực khi lắp đặt gần bức tường bên.
Ăng-ten lưỡng cực được sử dụng rộng rãi (trơn hoặc gấp) được phân cực theo chiều ngang theo hướng lắp "bình thường" (Hình 4) và thường được xoay 90 độ để giả sử phân cực dọc khi được yêu cầu hoặc để hỗ trợ chế độ phân cực ưa thích ( Hình 5).
Hình 4: Anten lưỡng cực thường được gắn nằm ngang trên cột của nó để cung cấp khả năng phân cực ngang
Hình 5: Đối với các ứng dụng yêu cầu phân cực dọc, ăng-ten lưỡng cực có thể được lắp phù hợp ở vị trí bắt ăng-ten
Phân cực dọc thường được sử dụng cho radio di động cầm tay, chẳng hạn như những thiết bị được sử dụng bởi những người phản hồi đầu tiên, bởi vì nhiều thiết kế ăng-ten vô tuyến phân cực dọc cũng cung cấp kiểu bức xạ đa hướng. Do đó, các ăng-ten như vậy không cần phải định hướng lại ngay cả khi hướng của đài và ăng-ten thay đổi.
Ăng-ten tần số cao (HF) 3 - 30 MHz thường được cấu tạo dưới dạng các dây dài đơn giản được xâu lại với nhau theo chiều ngang giữa các giá đỡ. Chiều dài của nó được xác định bởi bước sóng (10 - 100 m). Loại ăng-ten này được phân cực theo chiều ngang một cách tự nhiên.
Điều đáng chú ý là việc gọi dải tần này là "tần số cao" đã bắt đầu từ nhiều thập kỷ trước, khi 30 MHz thực sự là tần số cao. Mặc dù mô tả này hiện nay có vẻ đã lỗi thời nhưng nó là tên gọi chính thức của Liên minh Viễn thông Quốc tế và vẫn được sử dụng rộng rãi.
Độ phân cực ưu tiên có thể được xác định theo hai cách: sử dụng sóng mặt đất để truyền tín hiệu tầm ngắn mạnh hơn bằng thiết bị phát sóng sử dụng dải sóng trung bình (MW) 300 kHz - 3 MHz hoặc sử dụng sóng bầu trời cho khoảng cách xa hơn thông qua Liên kết tầng điện ly. Nói chung, ăng-ten phân cực theo chiều dọc có khả năng truyền sóng mặt đất tốt hơn, trong khi ăng-ten phân cực theo chiều ngang có hiệu suất sóng trời tốt hơn.
Phân cực tròn được sử dụng rộng rãi cho các vệ tinh vì sự định hướng của vệ tinh so với các trạm mặt đất và các vệ tinh khác luôn thay đổi. Hiệu suất giữa ăng-ten phát và ăng-ten thu là lớn nhất khi cả hai đều được phân cực tròn, nhưng ăng-ten phân cực tuyến tính có thể được sử dụng với ăng-ten CP, mặc dù có hệ số tổn thất phân cực.
Sự phân cực cũng rất quan trọng đối với hệ thống 5G. Một số mảng ăng-ten nhiều đầu vào/nhiều đầu ra (MIMO) 5G đạt được thông lượng tăng lên bằng cách sử dụng phân cực để sử dụng phổ tần sẵn có hiệu quả hơn. Điều này đạt được bằng cách sử dụng kết hợp các phân cực tín hiệu khác nhau và ghép kênh không gian của ăng-ten (phân tập không gian).
Hệ thống có thể truyền hai luồng dữ liệu vì các luồng dữ liệu được kết nối bằng ăng ten phân cực trực giao độc lập và có thể được phục hồi độc lập. Ngay cả khi tồn tại một số phân cực chéo do méo đường dẫn và kênh, phản xạ, đa đường và các khiếm khuyết khác, máy thu vẫn sử dụng các thuật toán phức tạp để khôi phục từng tín hiệu gốc, dẫn đến tỷ lệ lỗi bit (BER) thấp và cuối cùng là việc sử dụng phổ được cải thiện.
Tóm lại
Phân cực là một thuộc tính quan trọng của anten thường bị bỏ qua. Phân cực tuyến tính (bao gồm cả ngang và dọc), phân cực xiên, phân cực tròn và phân cực elip được sử dụng cho các ứng dụng khác nhau. Phạm vi hiệu suất RF đầu cuối mà ăng-ten có thể đạt được phụ thuộc vào hướng và sự căn chỉnh tương đối của nó. Ăng-ten tiêu chuẩn có độ phân cực khác nhau và phù hợp với các phần khác nhau của quang phổ, mang lại độ phân cực ưu tiên cho ứng dụng mục tiêu.
Sản phẩm được đề xuất:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Thông số | Đặc trưng | Đơn vị |
| Dải tần số | 20-30 | GHz |
| Nhận được | 15 loại. | dBi |
| VSWR | 1.3 Kiểu. | |
| Phân cực | Hai tuyến tính | |
| Cross Pol. Sự cách ly | 60 loại. | dB |
| Cách ly cổng | 70 loại. | dB |
| Đầu nối | SMA-Femai | |
| Vật liệu | Al | |
| hoàn thiện | Sơn | |
| Kích cỡ(L*W*H) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Cân nặng | 0,074 | kg |
| RM-BDH118-10 | ||
| Mục | Đặc điểm kỹ thuật | Đơn vị |
| Dải tần số | 1-18 | GHz |
| Nhận được | 10 loại. | dBi |
| VSWR | 1.5 Loại. | |
| Phân cực | tuyến tính | |
| Cross Po. Sự cách ly | 30 loại. | dB |
| Đầu nối | SMA-Nữ | |
| hoàn thiện | Pkhông phải | |
| Vật liệu | Al | |
| Kích cỡ(L*W*H) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Cân nặng | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Thông số | Đặc trưng | Đơn vị |
| Dải tần số | 2-18 | GHz |
| Nhận được | 15 loại. | dBi |
| VSWR | 1.5 Loại. |
|
| Phân cực | Hai tuyến tính |
|
| Cross Pol. Sự cách ly | 40 | dB |
| Cách ly cổng | 40 | dB |
| Đầu nối | SMA-F |
|
| Xử lý bề mặt | Pkhông phải |
|
| Kích cỡ(L*W*H) | 276*147*147(±5) | mm |
| Cân nặng | 0,945 | kg |
| Vật liệu | Al |
|
| Nhiệt độ hoạt động | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Thông số | Đặc trưng | Đơn vị |
| Dải tần số | 93-95 | GHz |
| Nhận được | 22 loại. | dBi |
| VSWR | 1.3 Kiểu. |
|
| Phân cực | Hai tuyến tính |
|
| Cross Pol. Sự cách ly | 60 loại. | dB |
| Cách ly cổng | 67 Kiểu. | dB |
| Đầu nối | WR10 |
|
| Vật liệu | Cu |
|
| hoàn thiện | vàng |
|
| Kích cỡ(L*W*H) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Cân nặng | 0,015 | kg |
Thời gian đăng: 11-04-2024
