Los ingenieros electrónicos saben que las antenas envían y reciben señales en forma de ondas de energía electromagnética (EM) descritas por las ecuaciones de Maxwell.Como ocurre con muchos temas, estas ecuaciones y las propiedades de propagación del electromagnetismo se pueden estudiar en diferentes niveles, desde términos relativamente cualitativos hasta ecuaciones complejas.
Hay muchos aspectos de la propagación de energía electromagnética, uno de los cuales es la polarización, que puede tener diversos grados de impacto o preocupación en las aplicaciones y sus diseños de antena.Los principios básicos de la polarización se aplican a toda la radiación electromagnética, incluida la energía óptica RF/inalámbrica, y se utilizan a menudo en aplicaciones ópticas.
¿Qué es la polarización de la antena?
Antes de comprender la polarización, primero debemos comprender los principios básicos de las ondas electromagnéticas.Estas ondas están compuestas de campos eléctricos (campos E) y campos magnéticos (campos H) y se mueven en una dirección.Los campos E y H son perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación de la onda plana.
La polarización se refiere al plano del campo E desde la perspectiva del transmisor de señal: para la polarización horizontal, el campo eléctrico se moverá hacia los lados en el plano horizontal, mientras que para la polarización vertical, el campo eléctrico oscilará hacia arriba y hacia abajo en el plano vertical. Figura 1).
Figura 1: Las ondas de energía electromagnética constan de componentes de campo E y H mutuamente perpendiculares.
Polarización lineal y polarización circular.
Los modos de polarización incluyen lo siguiente:
En la polarización lineal básica, las dos polarizaciones posibles son ortogonales (perpendiculares) entre sí (Figura 2).En teoría, una antena receptora polarizada horizontalmente no "verá" una señal de una antena polarizada verticalmente y viceversa, incluso si ambas operan en la misma frecuencia.Cuanto mejor estén alineados, más señal se captura y la transferencia de energía se maximiza cuando las polarizaciones coinciden.
Figura 2: La polarización lineal proporciona dos opciones de polarización en ángulo recto entre sí
La polarización oblicua de la antena es un tipo de polarización lineal.Al igual que la polarización horizontal y vertical básica, esta polarización sólo tiene sentido en un entorno terrestre.La polarización oblicua forma un ángulo de ±45 grados con respecto al plano de referencia horizontal.Si bien en realidad se trata de otra forma de polarización lineal, el término "lineal" normalmente sólo se refiere a antenas polarizadas horizontal o verticalmente.
A pesar de algunas pérdidas, las señales enviadas (o recibidas) por una antena diagonal son factibles sólo con antenas polarizadas horizontal o verticalmente.Las antenas con polarización oblicua son útiles cuando la polarización de una o ambas antenas se desconoce o cambia durante el uso.
La polarización circular (CP) es más compleja que la polarización lineal.En este modo, la polarización representada por el vector de campo E gira a medida que se propaga la señal.Cuando se gira hacia la derecha (mirando desde el transmisor), la polarización circular se denomina polarización circular derecha (RHCP);cuando se gira hacia la izquierda, polarización circular hacia la izquierda (LHCP) (Figura 3)
Figura 3: En polarización circular, el vector de campo E de una onda electromagnética gira;esta rotación puede ser para diestros o zurdos
Una señal CP consta de dos ondas ortogonales que están desfasadas.Se requieren tres condiciones para generar una señal CP.El campo E debe constar de dos componentes ortogonales;los dos componentes deben estar desfasados 90 grados y ser iguales en amplitud.Una forma sencilla de generar CP es utilizar una antena helicoidal.
La polarización elíptica (EP) es un tipo de CP.Las ondas elípticamente polarizadas son la ganancia producida por dos ondas polarizadas linealmente, como las ondas CP.Cuando se combinan dos ondas polarizadas linealmente mutuamente perpendiculares con amplitudes desiguales, se produce una onda polarizada elípticamente.
El desajuste de polarización entre antenas se describe mediante el factor de pérdida de polarización (PLF).Este parámetro se expresa en decibelios (dB) y es función de la diferencia de ángulo de polarización entre las antenas transmisora y receptora.Teóricamente, el PLF puede variar desde 0 dB (sin pérdida) para una antena perfectamente alineada hasta dB infinito (pérdida infinita) para una antena perfectamente ortogonal.
En realidad, sin embargo, la alineación (o desalineación) de la polarización no es perfecta porque la posición mecánica de la antena, el comportamiento del usuario, la distorsión del canal, las reflexiones multitrayecto y otros fenómenos pueden causar cierta distorsión angular del campo electromagnético transmitido.Inicialmente, habrá entre 10 y 30 dB o más de "fuga" de polarización cruzada de la señal desde la polarización ortogonal, lo que en algunos casos puede ser suficiente para interferir con la recuperación de la señal deseada.
Por el contrario, el PLF real para dos antenas alineadas con polarización ideal puede ser de 10 dB, 20 dB o más, según las circunstancias, y puede dificultar la recuperación de la señal.En otras palabras, la polarización cruzada no deseada y el PLF pueden funcionar en ambos sentidos al interferir con la señal deseada o reducir la intensidad de la señal deseada.
¿Por qué preocuparse por la polarización?
La polarización funciona de dos maneras: cuanto más alineadas estén dos antenas y tengan la misma polarización, mejor será la intensidad de la señal recibida.Por el contrario, una alineación de polarización deficiente hace que sea más difícil para los receptores, ya sean intencionados o no satisfechos, capturar una cantidad suficiente de la señal de interés.En muchos casos, el "canal" distorsiona la polarización transmitida, o una o ambas antenas no están en una dirección estática fija.
La elección de qué polarización utilizar suele estar determinada por la instalación o las condiciones atmosféricas.Por ejemplo, una antena polarizada horizontalmente funcionará mejor y mantendrá su polarización cuando se instale cerca del techo;por el contrario, una antena polarizada verticalmente funcionará mejor y mantendrá su rendimiento de polarización cuando se instale cerca de una pared lateral.
La antena dipolo ampliamente utilizada (lisa o plegada) está polarizada horizontalmente en su orientación de montaje "normal" (Figura 4) y, a menudo, se gira 90 grados para asumir polarización vertical cuando sea necesario o para admitir un modo de polarización preferido (Figura 5).
Figura 4: Una antena dipolo generalmente se monta horizontalmente en su mástil para proporcionar polarización horizontal.
Figura 5: Para aplicaciones que requieren polarización vertical, la antena dipolo se puede montar en consecuencia donde la antena se engancha
La polarización vertical se usa comúnmente para radios móviles portátiles, como las que usan los socorristas, porque muchos diseños de antenas de radio con polarización vertical también proporcionan un patrón de radiación omnidireccional.Por lo tanto, dichas antenas no necesitan reorientarse incluso si cambia la dirección de la radio y la antena.
Las antenas de alta frecuencia (HF) de 3 a 30 MHz generalmente se construyen como simples cables largos unidos horizontalmente entre soportes.Su longitud está determinada por la longitud de onda (10 - 100 m).Este tipo de antena está naturalmente polarizada horizontalmente.
Vale la pena señalar que referirse a esta banda como "alta frecuencia" comenzó hace décadas, cuando 30 MHz era en realidad alta frecuencia.Aunque esta descripción ahora parece estar desactualizada, es una designación oficial de la Unión Internacional de Telecomunicaciones y todavía se usa ampliamente.
La polarización preferida se puede determinar de dos maneras: utilizando ondas terrestres para una señalización más potente de corto alcance mediante equipos de radiodifusión que utilicen la banda de onda media (MW) de 300 kHz - 3 MHz, o utilizando ondas ionosféricas para distancias más largas a través del enlace de la ionosfera.En términos generales, las antenas polarizadas verticalmente tienen una mejor propagación de las ondas terrestres, mientras que las antenas polarizadas horizontalmente tienen un mejor rendimiento de las ondas ionosféricas.
La polarización circular se usa ampliamente para los satélites porque la orientación del satélite en relación con las estaciones terrestres y otros satélites cambia constantemente.La eficiencia entre las antenas transmisora y receptora es mayor cuando ambas están polarizadas circularmente, pero se pueden usar antenas polarizadas linealmente con antenas CP, aunque existe un factor de pérdida de polarización.
La polarización también es importante para los sistemas 5G.Algunos conjuntos de antenas de múltiples entradas y múltiples salidas (MIMO) 5G logran un mayor rendimiento mediante el uso de polarización para utilizar de manera más eficiente el espectro disponible.Esto se logra mediante una combinación de diferentes polarizaciones de señal y multiplexación espacial de las antenas (diversidad espacial).
El sistema puede transmitir dos flujos de datos porque los flujos de datos están conectados por antenas polarizadas ortogonalmente independientes y se pueden recuperar de forma independiente.Incluso si existe cierta polarización cruzada debido a la distorsión de la ruta y del canal, reflexiones, rutas múltiples y otras imperfecciones, el receptor emplea algoritmos sofisticados para recuperar cada señal original, lo que da como resultado tasas de error de bits (BER) bajas y, en última instancia, una mejor utilización del espectro.
en conclusión
La polarización es una propiedad importante de la antena que a menudo se pasa por alto.La polarización lineal (incluidas la horizontal y la vertical), la polarización oblicua, la polarización circular y la polarización elíptica se utilizan para diferentes aplicaciones.El rango de rendimiento de RF de extremo a extremo que puede lograr una antena depende de su orientación y alineación relativas.Las antenas estándar tienen diferentes polarizaciones y son adecuadas para diferentes partes del espectro, proporcionando la polarización preferida para la aplicación de destino.
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| Parámetros | Típico | Unidades |
| Rango de frecuencia | 20-30 | GHz |
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| VSWR | 1.3 Tipo. | |
| Polarización | Doble Lineal | |
| Cruz Pol.Aislamiento | 60 tipo. | dB |
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| Conector | AME-Fmujer | |
| Material | Al | |
| Refinamiento | Pintar | |
| Tamaño(largo*ancho*alto) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
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| Artículo | Especificación | Unidad |
| Rango de frecuencia | 1-18 | GHz |
| Ganar | 10 tipo. | dBi |
| VSWR | 1,5 tipo. | |
| Polarización | Lineal | |
| Cruz Po.Aislamiento | 30 tipo. | dB |
| Conector | SMA-Mujer | |
| Refinamiento | Pno es | |
| Material | Al | |
| Tamaño(largo*ancho*alto) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Peso | 0.603 | kg |
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| Parámetros | Típico | Unidades |
| Rango de frecuencia | 2-18 | GHz |
| Ganar | 15 tipo. | dBi |
| VSWR | 1,5 tipo. |
|
| Polarización | Doble Lineal |
|
| Cruz Pol.Aislamiento | 40 | dB |
| Aislamiento de puertos | 40 | dB |
| Conector | SMA-F |
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| Tratamiento de superficies | Pno es |
|
| Tamaño(largo*ancho*alto) | 276*147*147(±5) | mm |
| Peso | 0,945 | kg |
| Material | Al |
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| Temperatura de funcionamiento | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parámetros | Típico | Unidades |
| Rango de frecuencia | 93-95 | GHz |
| Ganar | 22 tipo. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipo. |
|
| Polarización | Doble Lineal |
|
| Cruz Pol.Aislamiento | 60 tipo. | dB |
| Aislamiento de puertos | 67 tipo. | dB |
| Conector | WR10 |
|
| Material | Cu |
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| Refinamiento | Dorado |
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| Tamaño(largo*ancho*alto) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Peso | 0,015 | kg |
Hora de publicación: 11 de abril de 2024
