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 bởi các phương trình Maxwell. Cũng như nhiều chủ đề khác, các phương trình này, và các đặc tính lan truyền của điện từ học, có thể được nghiên cứu ở các cấp độ khác nhau, từ các thuật ngữ tương đối định tính đến các phương trình phức tạp.
Sự lan truyền năng lượng điện từ có nhiều khía cạnh, trong đó có sự phân cực, yếu tố này có thể gây ra những ảnh hưởng hoặc mối quan ngại khác nhau trong các ứng dụng và thiết kế anten. Các nguyên tắc cơ bản của sự phân cực áp dụng cho tất cả các bức xạ điện từ, bao gồm cả sóng vô tuyến/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 về sự phân cực, chúng ta cần phải hiểu các nguyên lý cơ bản của sóng điện từ. Những sóng này được cấu tạo từ điện trường (trường E) và từ trường (trường H) và chuyển động theo một hướng. Trường E và trường H vuông góc với nhau và vuông góc với hướng truyền của sóng phẳng.
Phân cực đề cập đến mặt phẳng điện trường từ góc nhìn của bộ phát tín hiệu: đối với phân cực ngang, điện trường sẽ di chuyển sang hai bên trong mặt phẳng ngang, trong khi đối với phân cực dọc, điện trường sẽ dao động lên xuống trong mặt phẳng dọc (hình 1).
Hình 1: Sóng năng lượng điện từ bao 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 hướng phân cực có thể có là vuông góc với nhau (Hình 2). Về lý thuyết, một ăng-ten thu phân cực ngang sẽ không "nhận" được tín hiệu từ một ăng-ten phân cực dọc và ngược lại, ngay cả khi cả hai hoạt động ở cùng tần số. Chúng càng được căn chỉnh tốt thì tín hiệu thu được càng nhiều và sự truyền năng lượng được tối đa hóa khi các hướng phân cực trùng khớp.
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 phân cực ngang và dọc cơ bản, phân cực này chỉ có ý nghĩa trong môi trường trên mặt đất. Phân cực xiên tạo một góc ±45 độ so với mặt phẳng tham chiếu ngang. Mặc dù đây thực chất chỉ là một dạng khác của phân cực tuyến tính, thuật ngữ "tuyến tính" thường chỉ đề cập đến các anten phân cực ngang hoặc dọc.
Mặc dù có một số tổn hao, tín hiệu được gửi (hoặc nhận) bởi ăng-ten chéo vẫn khả thi chỉ với các ăng-ten phân cực ngang hoặc dọc. Ăng-ten phân cực xiên hữu ích khi độ phân cực của một hoặc cả hai ăng-ten không xác định hoặc thay đổi trong quá trình sử dụng.
Phân cực tròn (CP) phức tạp hơn phân cực tuyến tính. Trong chế độ này, hướng phân cực được biểu thị bằng vectơ trường E sẽ xoay khi tín hiệu lan truyền. Khi xoay sang phải (nhìn từ phía máy phát), phân cực tròn được gọi là phân cực tròn thuận chiều kim đồng hồ (RHCP); khi xoay sang trái, đó là phân cực tròn nghịch chiều kim đồng hồ (LHCP) (Hình 3).
Hình 3: Trong phân cực tròn, vectơ trường E của sóng điện từ quay; sự quay này có thể là thuận chiều kim đồng hồ hoặc ngược chiều kim đồng hồ.
Tín hiệu CP bao gồm hai sóng vuông góc với nhau và lệch pha. Cần ba điều kiện để tạo ra tín hiệu CP. Trường E phải bao gồm hai thành phần vuông góc; hai thành phần này phải lệch pha 90 độ và có biên độ bằng nhau. Một cách đơn giản để tạo ra tín hiệu CP là sử dụng ăng-ten xoắn ốc.
Phân cực elip (EP) là một loại phân cực tròn (CP). Sóng phân cực elip là kết quả thu được từ sự kết hợp của hai sóng phân cực tuyến tính, giống như sóng CP. Khi hai sóng phân cực tuyến tính vuông góc với nhau và có biên độ không bằng nhau được kết hợp, ta sẽ tạo ra một sóng phân cực elip.
Sự không khớp phân cực giữa các anten được mô tả bằng hệ số suy hao 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 vô cực dB (suy hao vô cực) đối với anten vuông góc hoàn hảo.
Tuy nhiên, trên thực tế, sự căn chỉnh (hoặc lệch căn chỉnh) phân cực không hoàn hảo vì vị trí cơ học của anten, hành vi người dùng, sự méo mó kênh, phản xạ đa đường và các hiện tượng khác có thể gây ra một số biến dạng góc của trường điện từ được truyền đi. Ban đầu, sẽ có sự "rò rỉ" tín hiệu phân cực chéo từ 10 - 30 dB hoặc hơn từ phân cực vuông góc, trong một số trường hợp có thể đủ để gây nhiễu quá trình khôi phục tín hiệu mong muốn.
Ngược lại, PLF thực tế đối với hai ăng-ten thẳng hàng với phân cực lý tưởng có thể là 10 dB, 20 dB hoặc lớn hơn, tùy thuộc vào hoàn cảnh, và có thể cản trở việc khôi phục tín hiệu. Nói cách khác, sự phân cực chéo không mong muốn và PLF có thể tác động theo cả hai chiều bằng cách gây nhiễu tín hiệu mong muốn hoặc làm giảm cường độ tín hiệu mong muốn.
Tại sao phải quan tâm đến sự phân cực?
Phân cực hoạt động theo hai cách: hai ăng-ten càng thẳng hàng và có cùng phân cực thì tín hiệu thu được càng mạnh. Ngược lại, sự thẳng hàng phân cực kém sẽ khiến các bộ thu, dù được thiết kế hay không, khó thu được đủ tín hiệu cần thiết. Trong nhiều trường hợp, "kênh truyền" làm biến dạng phân cực được truyền đi, hoặc một hoặc cả hai ăng-ten không nằm ở một hướng cố định.
Việc lựa chọn loại phân cực nào để sử dụng thường được quyết định bởi điều kiện lắp đặt hoặc điều kiện khí quyển. Ví dụ, một ăng-ten phân cực ngang sẽ hoạt động tốt hơn và duy trì được sự phân cực của nó khi được lắp đặt gần trần nhà; ngược lại, một ăng-ten phân cực dọc sẽ hoạt động tốt hơn và duy trì được hiệu suất phân cực của nó khi được lắp đặt gần tường bên.
Ăng-ten lưỡng cực (loại thường hoặc gấp khúc) được sử dụng rộng rãi có phân cực ngang ở hướng lắp đặt "bình thường" (Hình 4) và thường được xoay 90 độ để có phân cực dọc khi cần thiết hoặc để hỗ trợ chế độ phân cực ưu tiên (Hình 5).
Hình 4: Ăng-ten lưỡng cực thường được lắp đặt nằm ngang trên cột để tạo ra phân cực ngang.
Hình 5: Đối với các ứng dụng yêu cầu phân cực dọc, ăng-ten lưỡng cực có thể được lắp đặt sao cho ăng-ten thu được bức xạ.
Phân cực dọc thường được sử dụng cho các máy bộ đàm cầm tay, chẳng hạn như loại được sử dụng bởi lực lượng cứu hộ, bởi vì nhiều thiết kế ăng-ten bộ đàm phân cực dọc cũng cung cấp mô hình bức xạ đa hướng. Do đó, các ăng-ten như vậy không cần phải định hướng lại ngay cả khi hướng của máy bộ đàm và ăng-ten thay đổi.
Ăng-ten tần số cao (HF) từ 3 đến 30 MHz thường được cấu tạo đơn giản bằng các dây dài mắc ngang với nhau giữa các giá đỡ. Chiều dài của nó được xác định bởi bước sóng (10 - 100 m). Loại ăng-ten này có phân cực ngang tự nhiên.
Cần lưu ý rằng việc gọi dải tần này là "tần số cao" đã bắt đầu từ nhiều thập kỷ trước, khi 30 MHz thực sự được coi là tần số cao. Mặc dù cách mô tả này hiện nay có vẻ lỗi thời, nhưng đây vẫn là một định danh chính thức của Liên minh Viễn thông Quốc tế và được sử dụng rộng rãi.
Có thể xác định hướng phân cực ưu tiên theo hai cách: sử dụng sóng mặt đất để truyền tín hiệu tầm ngắn mạnh hơn bởi thiết bị phát sóng sử dụng dải tần trung (MW) 300 kHz - 3 MHz, hoặc sử dụng sóng bầu trời để truyền tín hiệu ở khoảng cách xa hơn qua 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 khả năng truyền sóng bầu trời tốt hơn.
Phân cực tròn được sử dụng rộng rãi cho vệ tinh vì hướng của vệ tinh so với các trạm mặt đất và các vệ tinh khác liên tục thay đổi. Hiệu suất giữa ăng-ten phát và thu đạt mức cao nhất khi cả hai đều được phân cực tròn, nhưng ăng-ten phân cực tuyến tính cũng có thể được sử dụng với ăng-ten phân cực tròn, mặc dù sẽ có hệ số suy hao do phân cực.
Phân cực cũng rất quan trọng đối với các hệ thống 5G. Một số mảng anten đa đầu vào/đa đầu ra (MIMO) 5G đạt được thông lượng cao hơn bằng cách sử dụng phân cực để tận dụng hiệu quả hơn phổ tần khả dụng. Điều này đạt được bằng cách kết hợp các phân cực tín hiệu khác nhau và ghép kênh không gian của các anten (đa dạng không gian).
Hệ thống có thể truyền hai luồng dữ liệu vì các luồng dữ liệu được kết nối bằng các anten phân cực vuông góc độc lập và có thể được thu hồi độc lập. Ngay cả khi có một số hiện tượng phân cực chéo do biến dạng đường truyền và kênh, phản xạ, đa đường truyền và các khiếm khuyết khác, bộ thu sẽ 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 cải thiện việc sử dụng phổ tần.
tóm lại
Phân cực là một thuộc tính quan trọng của anten thường bị bỏ qua. Phân cực tuyến tính (bao gồm phân cực 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 anten có thể đạt được phụ thuộc vào hướng và sự căn chỉnh tương đối của nó. Các anten tiêu chuẩn có các phân cực khác nhau và phù hợp với các phần khác nhau của phổ tần, cung cấp 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 Loại. | |
| Phân cực | Hai Tuyến tính | |
| Phân lập Cross Pol. | 60 Loại. | dB |
| Cách ly cổng | 70 Loại. | dB |
| Đầu nối | SMA-Fnữ | |
| Vật liệu | Al | |
| Hoàn thành | Sơn | |
| Kích cỡ(Dài*Rộng*Cao) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Cân nặng | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Mục | Thông số kỹ thuật | Đơn vị |
| Dải tần số | 1-18 | GHz |
| Nhận được | 10 Loại. | dBi |
| VSWR | 1.5 Loại. | |
| Phân cực | Tuyến tính | |
| Cách ly chéo Po. | 30 Loại. | dB |
| Đầu nối | SMA-Nữ | |
| Hoàn thành | Pkhông | |
| Vật liệu | Al | |
| Kích cỡ(Dài*Rộng*Cao) | 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 |
|
| Phân lập Cross Pol. | 40 | dB |
| Cách ly cổng | 40 | dB |
| Đầu nối | SMA-F |
|
| Xử lý bề mặt | Pkhông |
|
| Kích cỡ(Dài*Rộng*Cao) | 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 Loại. |
|
| Phân cực | Hai Tuyến tính |
|
| Phân lập Cross Pol. | 60 Loại. | dB |
| Cách ly cổng | 67 Loại. | dB |
| Đầu nối | WR10 |
|
| Vật liệu | Cu |
|
| Hoàn thành | Vàng |
|
| Kích cỡ(Dài*Rộng*Cao) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Cân nặng | 0,015 | kg |
Thời gian đăng bài: 11/04/2024
