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 en muchos otros temas, estas ecuaciones, y las propiedades de propagación del electromagnetismo, pueden estudiarse a diferentes niveles, desde términos relativamente cualitativos hasta ecuaciones complejas.
La propagación de la energía electromagnética tiene muchos aspectos, uno de los cuales es la polarización, que puede tener diversos grados de impacto o preocupación en las aplicaciones y sus diseños de antenas. Los principios básicos de la polarización se aplican a toda la radiación electromagnética, incluyendo la energía óptica y de radiofrecuencia (RF/inalámbrica), y se utilizan a menudo en aplicaciones ópticas.
¿Qué es la polarización de la antena?
Antes de comprender la polarización, debemos comprender los principios básicos de las ondas electromagnéticas. Estas ondas se componen de campos eléctricos (campos E) y campos magnéticos (campos H) y se mueven en una sola 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 lateralmente 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 los siguientes:
En la polarización lineal básica, las dos polarizaciones posibles son ortogonales (perpendiculares) entre sí (Figura 2). En teoría, una antena receptora con polarización horizontal no detectará la señal de una antena con polarización vertical, ni viceversa, incluso si ambas operan a la misma frecuencia. Cuanto mejor alineadas estén, mayor será la señal captada y se maximizará la transferencia de energía cuando las polarizaciones coincidan.
Figura 2: La polarización lineal proporciona dos opciones de polarización en ángulos rectos 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 solo tiene sentido en un entorno terrestre. La polarización oblicua se produce en un ángulo de ±45 grados con respecto al plano de referencia horizontal. Si bien se trata simplemente de otra forma de polarización lineal, el término "lineal" generalmente solo se refiere a antenas con polarización horizontal o vertical.
A pesar de algunas pérdidas, las señales enviadas (o recibidas) por una antena diagonal son factibles solo con antenas con polarización horizontal o vertical. Las antenas con polarización oblicua son útiles cuando se desconoce la polarización de una o ambas antenas o cuando esta 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. Al girar hacia la derecha (mirando desde el transmisor), la polarización circular se denomina polarización circular dextrógira (RHCP); al girar hacia la izquierda, polarización circular levógira (LHCP) (Figura 3).
Figura 3: En la polarización circular, el vector de campo E de una onda electromagnética gira; esta rotación puede ser hacia la derecha o hacia la izquierda.
Una señal CP consta de dos ondas ortogonales desfasadas. Se requieren tres condiciones para generar una señal CP. El campo E debe constar de dos componentes ortogonales; ambos componentes deben estar desfasados 90 grados y tener la misma amplitud. Una forma sencilla de generar CP es usar una antena helicoidal.
La polarización elíptica (PE) es un tipo de polarización elíptica (CP). Las ondas elípticamente polarizadas son la ganancia producida por dos ondas linealmente polarizadas, como las ondas CP. Cuando se combinan dos ondas linealmente polarizadas, mutuamente perpendiculares y con amplitudes desiguales, se produce una onda elípticamente polarizada.
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. En teoría, el PLF puede variar desde 0 dB (sin pérdida) para una antena perfectamente alineada hasta infinitos dB (pérdida infinita) para una antena perfectamente ortogonal.
En realidad, sin embargo, la alineación (o desalineación) de la polarización no es perfecta debido a que la posición mecánica de la antena, el comportamiento del usuario, la distorsión del canal, las reflexiones por trayectos múltiples y otros fenómenos pueden causar cierta distorsión angular del campo electromagnético transmitido. Inicialmente, se producirá una pérdida de polarización cruzada de la señal de 10 a 30 dB o más, proveniente de la polarización ortogonal, lo que en algunos casos puede ser suficiente para interferir con la recuperación de la señal deseada.
En cambio, la PLF real para dos antenas alineadas con polarización ideal puede ser de 10 dB, 20 dB o superior, según las circunstancias, y puede dificultar la recuperación de la señal. En otras palabras, la polarización cruzada involuntaria y la PLF pueden actuar en ambos sentidos, interfiriendo con la señal deseada o reduciendo su intensidad.
¿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 mala alineación de la polarización dificulta que los receptores, ya sean intencionales o no, capturen suficiente señal de interés. En muchos casos, el "canal" distorsiona la polarización transmitida, o una o ambas antenas no tienen una dirección estática fija.
La elección de la polarización suele depender de la instalación o de las condiciones atmosféricas. Por ejemplo, una antena con polarización horizontal funcionará mejor y mantendrá su polarización si se instala cerca del techo; por el contrario, una antena con polarización vertical funcionará mejor y mantendrá su polarización si se instala cerca de una pared lateral.
La antena dipolo ampliamente utilizada (simple o plegada) está polarizada horizontalmente en su orientación de montaje "normal" (Figura 4) y a menudo se gira 90 grados para asumir la polarización vertical cuando es necesario o para soportar 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 de acuerdo con el punto de captación de la antena.
La polarización vertical se utiliza comúnmente en radios móviles portátiles, como las que utilizan los servicios de emergencia, ya que muchos diseños de antenas de radio con polarización vertical también proporcionan un patrón de radiación omnidireccional. Por lo tanto, estas 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 suelen construirse con simples cables largos tendidos horizontalmente entre soportes. Su longitud está determinada por la longitud de onda (10-100 m). Este tipo de antena tiene polarización horizontal natural.
Cabe destacar que esta banda se denominaba "alta frecuencia" desde hace décadas, cuando 30 MHz era, en efecto, alta frecuencia. Aunque esta descripción parece obsoleta, es una designación oficial de la Unión Internacional de Telecomunicaciones y su uso sigue siendo generalizado.
La polarización preferida puede determinarse de dos maneras: utilizando ondas terrestres para una señalización más potente de corto alcance mediante equipos de radiodifusión que utilizan la banda de onda media (OM) de 300 kHz a 3 MHz, o utilizando ondas ionosféricas para distancias más largas a través del enlace ionosférico. En general, las antenas con polarización vertical tienen una mejor propagación de la onda terrestre, mientras que las antenas con polarización horizontal tienen un mejor rendimiento en la propagación de la onda ionosférica.
La polarización circular se utiliza ampliamente en satélites debido a que su orientación con respecto a las estaciones terrestres y otros satélites cambia constantemente. La eficiencia entre las antenas de transmisión y recepción es máxima cuando ambas tienen polarización circular, pero se pueden utilizar antenas de polarización lineal con antenas CP, aunque existe un factor de pérdida de polarización.
La polarización también es importante para los sistemas 5G. Algunos conjuntos de antenas 5G de entrada múltiple/salida múltiple (MIMO) logran un mayor rendimiento mediante el uso de la polarización para optimizar 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, ya que están conectados por antenas independientes con polarización ortogonal y pueden recuperarse independientemente. Incluso si existe polarización cruzada debido a distorsión de trayectoria y canal, reflexiones, trayectorias múltiples y otras imperfecciones, el receptor emplea algoritmos sofisticados para recuperar cada señal original, lo que resulta en bajas tasas de error de bit (BER) y, en última instancia, en una mejor utilización del espectro.
en conclusión
La polarización es una propiedad importante de las antenas que a menudo se pasa por alto. La polarización lineal (incluyendo horizontal y 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 una antena puede alcanzar 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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| Rango de frecuencia | 20-30 | GHz |
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| Artículo | Especificación | Unidad |
| Rango de frecuencia | 1-18 | GHz |
| Ganar | 10 Típico. | dBi |
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| Tamaño(Largo*Ancho*Alto) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
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| Parámetros | Típico | Unidades |
| Rango de frecuencia | 2-18 | GHz |
| Ganar | 15 Típico. | dBi |
| ROE | 1,5 típico. |
|
| Polarización | Dual Lineal |
|
| Aislamiento de Cross Pol. | 40 | dB |
| Aislamiento del puerto | 40 | dB |
| Conector | SMA-F |
|
| Tratamiento de superficies | Pno es |
|
| Tamaño(Largo*Ancho*Alto) | 276*147*147(±5) | mm |
| Peso | 0.945 | kg |
| Material | Al |
|
| Temperatura de funcionamiento | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parámetros | Típico | Unidades |
| Rango de frecuencia | 93-95 | GHz |
| Ganar | 22 Típico. | dBi |
| ROE | 1.3 Típico. |
|
| Polarización | Dual Lineal |
|
| Aislamiento de Cross Pol. | 60 Típico. | dB |
| Aislamiento del puerto | 67 Típico. | dB |
| Conector | WR10 |
|
| Material | Cu |
|
| Refinamiento | Dorado |
|
| Tamaño(Largo*Ancho*Alto) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Peso | 0.015 | kg |
Hora de publicación: 11 de abril de 2024
