इलेक्ट्रॉनिक अभियंत्यांना माहित आहे की अँटेना मॅक्सवेलच्या समीकरणांनी वर्णन केलेल्या इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक (EM) ऊर्जेच्या लाटांच्या स्वरूपात सिग्नल पाठवतात आणि प्राप्त करतात. अनेक विषयांप्रमाणे, ही समीकरणे आणि इलेक्ट्रोमॅग्नेटिझमचे प्रसार, गुणधर्म, तुलनेने गुणात्मक संज्ञांपासून जटिल समीकरणांपर्यंत वेगवेगळ्या स्तरांवर अभ्यासले जाऊ शकतात.
इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक एनर्जी प्रसाराचे अनेक पैलू आहेत, त्यापैकी एक ध्रुवीकरण आहे, ज्याचा अनुप्रयोगांमध्ये आणि त्यांच्या अँटेना डिझाइनमध्ये वेगवेगळ्या प्रमाणात प्रभाव किंवा चिंता असू शकते. ध्रुवीकरणाची मूलभूत तत्त्वे आरएफ/वायरलेस, ऑप्टिकल एनर्जीसह सर्व इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक रेडिएशनवर लागू होतात आणि बहुतेकदा ऑप्टिकल अनुप्रयोगांमध्ये वापरली जातात.
अँटेना ध्रुवीकरण म्हणजे काय?
ध्रुवीकरण समजून घेण्यापूर्वी, आपण प्रथम विद्युत चुंबकीय लहरींची मूलभूत तत्त्वे समजून घेतली पाहिजेत. या लाटा विद्युत क्षेत्रे (E क्षेत्रे) आणि चुंबकीय क्षेत्रे (H क्षेत्रे) पासून बनलेल्या असतात आणि एकाच दिशेने जातात. E आणि H क्षेत्रे एकमेकांना आणि समतल लहरी प्रसाराच्या दिशेने लंब असतात.
सिग्नल ट्रान्समीटरच्या दृष्टिकोनातून ध्रुवीकरण म्हणजे ई-फील्ड प्लेन: क्षैतिज ध्रुवीकरणासाठी, विद्युत क्षेत्र क्षैतिज प्लेनमध्ये बाजूला सरकेल, तर उभ्या ध्रुवीकरणासाठी, विद्युत क्षेत्र उभ्या प्लेनमध्ये वर आणि खाली दोलन करेल. (आकृती 1).
आकृती १: विद्युत चुंबकीय ऊर्जा लहरींमध्ये परस्पर लंब E आणि H क्षेत्र घटक असतात.
रेषीय ध्रुवीकरण आणि वर्तुळाकार ध्रुवीकरण
ध्रुवीकरण पद्धतींमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे:
मूलभूत रेषीय ध्रुवीकरणात, दोन्ही संभाव्य ध्रुवीकरण एकमेकांना ऑर्थोगोनल (लंब) असतात (आकृती २). सिद्धांतानुसार, क्षैतिज ध्रुवीकरण केलेला प्राप्त करणारा अँटेना उभ्या ध्रुवीकरण केलेल्या अँटेनातून सिग्नल "पाहणार" नाही आणि उलट, जरी दोन्ही एकाच वारंवारतेवर कार्य करत असले तरीही. ते जितके चांगले संरेखित केले जातील तितके जास्त सिग्नल कॅप्चर केले जातील आणि ध्रुवीकरण जुळल्यावर ऊर्जा हस्तांतरण जास्तीत जास्त केले जाईल.
आकृती २: रेषीय ध्रुवीकरण एकमेकांना काटकोनात दोन ध्रुवीकरण पर्याय प्रदान करते.
अँटेनाचे तिरकस ध्रुवीकरण हे रेषीय ध्रुवीकरणाचा एक प्रकार आहे. मूलभूत क्षैतिज आणि उभ्या ध्रुवीकरणाप्रमाणे, हे ध्रुवीकरण केवळ स्थलीय वातावरणातच अर्थपूर्ण आहे. तिरकस ध्रुवीकरण हे क्षैतिज संदर्भ समतलाच्या ±45 अंशांच्या कोनात असते. जरी हे खरोखर रेषीय ध्रुवीकरणाचे आणखी एक रूप असले तरी, "रेषीय" हा शब्द सहसा फक्त क्षैतिज किंवा उभ्या ध्रुवीकृत अँटेनांना सूचित करतो.
काही नुकसान असूनही, कर्णरेषीय अँटेनाद्वारे पाठवलेले (किंवा प्राप्त केलेले) सिग्नल फक्त क्षैतिज किंवा अनुलंब ध्रुवीकृत अँटेनांसह शक्य आहेत. जेव्हा एका किंवा दोन्ही अँटेनाचे ध्रुवीकरण अज्ञात असते किंवा वापर दरम्यान बदलते तेव्हा तिरकस ध्रुवीकृत अँटेना उपयुक्त असतात.
रेषीय ध्रुवीकरणापेक्षा वर्तुळाकार ध्रुवीकरण (CP) अधिक जटिल आहे. या मोडमध्ये, E फील्ड वेक्टरद्वारे दर्शविलेले ध्रुवीकरण सिग्नल प्रसारित होताना फिरते. जेव्हा उजवीकडे फिरवले जाते (ट्रान्समीटरमधून बाहेर पाहत), तेव्हा वर्तुळाकार ध्रुवीकरणाला उजव्या हाताचे वर्तुळाकार ध्रुवीकरण (RHCP) म्हणतात; जेव्हा डावीकडे फिरवले जाते, तेव्हा डाव्या हाताचे वर्तुळाकार ध्रुवीकरण (LHCP) (आकृती 3)
आकृती ३: वर्तुळाकार ध्रुवीकरणात, इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक वेव्हचा E फील्ड वेक्टर फिरतो; हे फिरणे उजव्या हाताने किंवा डाव्या हाताने असू शकते.
CP सिग्नलमध्ये दोन ऑर्थोगोनल लाटा असतात ज्या टप्प्याबाहेर असतात. CP सिग्नल निर्माण करण्यासाठी तीन अटी आवश्यक असतात. E फील्डमध्ये दोन ऑर्थोगोनल घटक असणे आवश्यक आहे; दोन्ही घटक टप्प्याबाहेर 90 अंश आणि मोठेपणामध्ये समान असले पाहिजेत. CP निर्माण करण्याचा एक सोपा मार्ग म्हणजे हेलिकल अँटेना वापरणे.
लंबवर्तुळाकार ध्रुवीकरण (EP) हा CP चा एक प्रकार आहे. लंबवर्तुळाकार ध्रुवीकृत लाटा म्हणजे CP लाटांसारख्या दोन रेषीय ध्रुवीकृत लाटांमुळे निर्माण होणारा फायदा. जेव्हा असमान आयाम असलेल्या दोन परस्पर लंब रेषीय ध्रुवीकृत लाटा एकत्र केल्या जातात, तेव्हा एक लंबवर्तुळाकार ध्रुवीकृत लाट निर्माण होते.
अँटेनांमधील ध्रुवीकरण विसंगती ध्रुवीकरण नुकसान घटक (PLF) द्वारे वर्णन केली जाते. हे पॅरामीटर डेसिबल (dB) मध्ये व्यक्त केले जाते आणि ते ट्रान्समिटिंग आणि रिसीव्हिंग अँटेनांमधील ध्रुवीकरण कोनातील फरकाचे कार्य आहे. सैद्धांतिकदृष्ट्या, PLF पूर्णपणे संरेखित अँटेनासाठी 0 dB (कोणतेही नुकसान नाही) ते पूर्णपणे ऑर्थोगोनल अँटेनासाठी अनंत dB (अनंत नुकसान) पर्यंत असू शकते.
प्रत्यक्षात, तथापि, ध्रुवीकरणाचे संरेखन (किंवा चुकीचे संरेखन) परिपूर्ण नाही कारण अँटेनाची यांत्रिक स्थिती, वापरकर्त्याचे वर्तन, चॅनेल विकृती, बहुमार्ग परावर्तन आणि इतर घटनांमुळे प्रसारित इलेक्ट्रोमॅग्नेटिक क्षेत्राचे काही कोनीय विकृती होऊ शकते. सुरुवातीला, ऑर्थोगोनल ध्रुवीकरणातून सिग्नल क्रॉस-ध्रुवीकरण "गळती" 10 - 30 dB किंवा त्याहून अधिक असेल, जे काही प्रकरणांमध्ये इच्छित सिग्नलच्या पुनर्प्राप्तीमध्ये व्यत्यय आणण्यासाठी पुरेसे असू शकते.
याउलट, आदर्श ध्रुवीकरण असलेल्या दोन संरेखित अँटेनांसाठी वास्तविक PLF परिस्थितीनुसार 10 dB, 20 dB किंवा त्याहून अधिक असू शकतो आणि सिग्नल पुनर्प्राप्तीमध्ये अडथळा आणू शकतो. दुसऱ्या शब्दांत, अनपेक्षित क्रॉस-ध्रुवीकरण आणि PLF इच्छित सिग्नलमध्ये व्यत्यय आणून किंवा इच्छित सिग्नल सामर्थ्य कमी करून दोन्ही प्रकारे कार्य करू शकतात.
ध्रुवीकरणाची काळजी का करावी?
ध्रुवीकरण दोन प्रकारे कार्य करते: दोन अँटेना जितके जास्त संरेखित असतील आणि त्यांचे ध्रुवीकरण समान असेल तितकी प्राप्त झालेल्या सिग्नलची ताकद चांगली असेल. याउलट, खराब ध्रुवीकरण संरेखनामुळे रिसीव्हर्सना, मग ते इच्छित असोत किंवा असमाधानी असोत, स्वारस्य असलेल्या सिग्नलचा पुरेसा कॅप्चर करणे अधिक कठीण होते. बर्‍याच प्रकरणांमध्ये, "चॅनेल" प्रसारित ध्रुवीकरण विकृत करते, किंवा एक किंवा दोन्ही अँटेना स्थिर स्थिर दिशेने नसतात.
कोणते ध्रुवीकरण वापरायचे हे सहसा स्थापनेद्वारे किंवा वातावरणीय परिस्थितीनुसार ठरवले जाते. उदाहरणार्थ, क्षैतिज ध्रुवीकरण केलेला अँटेना छताजवळ स्थापित केल्यावर चांगले कार्य करेल आणि त्याचे ध्रुवीकरण राखेल; उलट, उभ्या ध्रुवीकरण केलेला अँटेना बाजूच्या भिंतीजवळ स्थापित केल्यावर चांगले कार्य करेल आणि त्याचे ध्रुवीकरण राखेल.
मोठ्या प्रमाणात वापरला जाणारा द्विध्रुवीय अँटेना (साधा किंवा दुमडलेला) त्याच्या "सामान्य" माउंटिंग ओरिएंटेशनमध्ये क्षैतिजरित्या ध्रुवीकृत असतो (आकृती 4) आणि आवश्यकतेनुसार उभ्या ध्रुवीकरण गृहीत धरण्यासाठी किंवा पसंतीच्या ध्रुवीकरण मोडला समर्थन देण्यासाठी (आकृती 5) बहुतेकदा 90 अंश फिरवले जाते.
आकृती ४: क्षैतिज ध्रुवीकरण प्रदान करण्यासाठी द्विध्रुवीय अँटेना सहसा त्याच्या मास्टवर क्षैतिजरित्या बसवला जातो.
आकृती ५: उभ्या ध्रुवीकरणाची आवश्यकता असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी, अँटेना पकडतो तिथे द्विध्रुवीय अँटेना त्यानुसार बसवता येतो
उभ्या ध्रुवीकरणाचा वापर सामान्यतः हाताने चालणाऱ्या मोबाईल रेडिओसाठी केला जातो, जसे की प्रथम प्रतिसाद देणाऱ्यांद्वारे वापरल्या जाणाऱ्या रेडिओसाठी, कारण अनेक उभ्या ध्रुवीकरण केलेल्या रेडिओ अँटेना डिझाइनमध्ये सर्वदिशात्मक रेडिएशन पॅटर्न देखील असतो. म्हणून, रेडिओ आणि अँटेनाची दिशा बदलली तरीही अशा अँटेनांना पुनर्दिशांकित करण्याची आवश्यकता नाही.
३ - ३० मेगाहर्ट्झ उच्च वारंवारता (HF) अँटेना सामान्यतः कंसांमध्ये आडव्या जोडलेल्या साध्या लांब तारांच्या स्वरूपात बनवले जातात. त्याची लांबी तरंगलांबी (१० - १०० मीटर) द्वारे निश्चित केली जाते. या प्रकारचा अँटेना नैसर्गिकरित्या क्षैतिज ध्रुवीकृत असतो.
हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की या बँडला "उच्च वारंवारता" म्हणून संबोधण्याची सुरुवात दशकांपूर्वी झाली होती, जेव्हा 30 MHz खरोखर उच्च वारंवारता होती. जरी हे वर्णन आता जुने दिसत असले तरी, ते आंतरराष्ट्रीय दूरसंचार संघाने अधिकृतपणे दिलेले पदनाम आहे आणि अजूनही मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.
पसंतीचे ध्रुवीकरण दोन प्रकारे निश्चित केले जाऊ शकते: एकतर 300 kHz - 3 MHz मध्यम लहरी (MW) बँड वापरून प्रसारण उपकरणांद्वारे मजबूत लघु-श्रेणी सिग्नलिंगसाठी ग्राउंड वेव्हज वापरणे किंवा आयनोस्फीअर लिंकद्वारे लांब अंतरासाठी स्काय वेव्हज वापरणे. साधारणपणे, उभ्या ध्रुवीकृत अँटेनांमध्ये ग्राउंड वेव्ह प्रसारण चांगले असते, तर क्षैतिज ध्रुवीकृत अँटेनांमध्ये स्काय वेव्हची कार्यक्षमता चांगली असते.
उपग्रहांसाठी वर्तुळाकार ध्रुवीकरणाचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो कारण ग्राउंड स्टेशन आणि इतर उपग्रहांच्या तुलनेत उपग्रहाची दिशा सतत बदलत असते. जेव्हा दोन्ही वर्तुळाकार ध्रुवीकरण केलेले असतात तेव्हा ट्रान्समिट आणि रिसीव्ह अँटेनामधील कार्यक्षमता सर्वात जास्त असते, परंतु रेषीय ध्रुवीकरण अँटेना सीपी अँटेनासह वापरले जाऊ शकतात, जरी ध्रुवीकरण नुकसान घटक असतो.
5G सिस्टीमसाठी ध्रुवीकरण देखील महत्त्वाचे आहे. काही 5G मल्टीपल-इनपुट/मल्टीपल-आउटपुट (MIMO) अँटेना अ‍ॅरे उपलब्ध स्पेक्ट्रमचा अधिक कार्यक्षमतेने वापर करण्यासाठी ध्रुवीकरण वापरून वाढीव थ्रूपुट साध्य करतात. हे वेगवेगळ्या सिग्नल ध्रुवीकरण आणि अँटेनाच्या स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंग (अवकाश विविधता) च्या संयोजनाचा वापर करून साध्य केले जाते.
ही प्रणाली दोन डेटा स्ट्रीम प्रसारित करू शकते कारण डेटा स्ट्रीम स्वतंत्र ऑर्थोगोनली पोलराइज्ड अँटेनाने जोडलेले असतात आणि स्वतंत्रपणे पुनर्प्राप्त केले जाऊ शकतात. जरी पथ आणि चॅनेल विकृती, परावर्तन, मल्टीपाथ आणि इतर अपूर्णतेमुळे काही क्रॉस-पोलरायझेशन अस्तित्वात असले तरीही, प्राप्तकर्ता प्रत्येक मूळ सिग्नल पुनर्प्राप्त करण्यासाठी अत्याधुनिक अल्गोरिदम वापरतो, परिणामी कमी बिट एरर रेट (BER) आणि शेवटी सुधारित स्पेक्ट्रम वापर होतो.
शेवटी
ध्रुवीकरण हा अँटेनाचा एक महत्त्वाचा गुणधर्म आहे जो अनेकदा दुर्लक्षित केला जातो. वेगवेगळ्या अनुप्रयोगांसाठी रेषीय (क्षैतिज आणि उभ्यासह) ध्रुवीकरण, तिरकस ध्रुवीकरण, वर्तुळाकार ध्रुवीकरण आणि लंबवर्तुळाकार ध्रुवीकरण वापरले जाते. अँटेना साध्य करू शकणारी एंड-टू-एंड आरएफ कामगिरीची श्रेणी त्याच्या सापेक्ष अभिमुखता आणि संरेखनावर अवलंबून असते. मानक अँटेनांमध्ये वेगवेगळे ध्रुवीकरण असतात आणि ते स्पेक्ट्रमच्या वेगवेगळ्या भागांसाठी योग्य असतात, ज्यामुळे लक्ष्य अनुप्रयोगासाठी पसंतीचे ध्रुवीकरण प्रदान केले जाते.
शिफारस केलेली उत्पादने:
| RM-डीपीएचए२०३०-१५ | ||
| पॅरामीटर्स | सामान्य | युनिट्स |
| वारंवारता श्रेणी | २०-३० | गीगाहर्ट्झ |
| मिळवा | १५ प्रकार. | dBi |
| व्हीएसडब्ल्यूआर | १.३ प्रकार. | |
| ध्रुवीकरण | दुहेरी रेषीय | |
| क्रॉस पोल आयसोलेशन | ६० प्रकार. | dB |
| पोर्ट आयसोलेशन | ७० प्रकार. | dB |
| कनेक्टर | एसएमए-Fएमेल | |
| साहित्य | Al | |
| फिनिशिंग | रंगवा | |
| आकार(ले*प*ह) | ८३.९*३९.६*६९.४(±5) | mm |
| वजन | ०.०७४ | kg |
| RM-बीडीएचए११८-१० | ||
| आयटम | तपशील | युनिट |
| वारंवारता श्रेणी | १-१८ | गीगाहर्ट्झ |
| मिळवा | १० प्रकार. | dBi |
| व्हीएसडब्ल्यूआर | १.५ प्रकार. | |
| ध्रुवीकरण | रेषीय | |
| क्रॉस पो. आयसोलेशन | ३० प्रकार. | dB |
| कनेक्टर | एसएमए-महिला | |
| फिनिशिंग | Pनाही | |
| साहित्य | Al | |
| आकार(ले*प*ह) | १८२.४*१८५.१*११६.६(±5) | mm |
| वजन | ०.६०३ | kg |
| RM-सीडीपीएचए२१८-१५ | ||
| पॅरामीटर्स | सामान्य | युनिट्स |
| वारंवारता श्रेणी | २-१८ | गीगाहर्ट्झ |
| मिळवा | १५ प्रकार. | dBi |
| व्हीएसडब्ल्यूआर | १.५ प्रकार. |
|
| ध्रुवीकरण | दुहेरी रेषीय |
|
| क्रॉस पोल आयसोलेशन | 40 | dB |
| पोर्ट आयसोलेशन | 40 | dB |
| कनेक्टर | एसएमए-एफ |
|
| पृष्ठभाग उपचार | Pनाही |
|
| आकार(ले*प*ह) | २७६*१४७*१४७(±5) | mm |
| वजन | ०.९४५ | kg |
| साहित्य | Al |
|
| ऑपरेटिंग तापमान | -४०-+८५ | °C |
| RM-बीडीपीएचए९३९५-२२ | ||
| पॅरामीटर्स | सामान्य | युनिट्स |
| वारंवारता श्रेणी | ९३-९५ | गीगाहर्ट्झ |
| मिळवा | २२ प्रकार. | dBi |
| व्हीएसडब्ल्यूआर | १.३ प्रकार. |
|
| ध्रुवीकरण | दुहेरी रेषीय |
|
| क्रॉस पोल आयसोलेशन | ६० प्रकार. | dB |
| पोर्ट आयसोलेशन | ६७ प्रकार. | dB |
| कनेक्टर | डब्ल्यूआर १० |
|
| साहित्य | Cu |
|
| फिनिशिंग | सोनेरी |
|
| आकार(ले*प*ह) | ६९.३*१९.१*२१.२ (±5) | mm |
| वजन | ०.०१५ | kg |
पोस्ट वेळ: एप्रिल-११-२०२४
