इलेक्ट्रॉनिक अभियंत्यांना माहित आहे की अँटेना हे मॅक्सवेलच्या समीकरणांनी वर्णन केलेल्या विद्युतचुंबकीय (EM) ऊर्जेच्या लहरींच्या स्वरूपात सिग्नल पाठवतात आणि स्वीकारतात. इतर अनेक विषयांप्रमाणेच, या समीकरणांचा आणि विद्युतचुंबकत्वाच्या प्रसाराच्या गुणधर्मांचा अभ्यास तुलनेने गुणात्मक संज्ञांपासून ते जटिल समीकरणांपर्यंत वेगवेगळ्या स्तरांवर केला जाऊ शकतो.
विद्युतचुंबकीय ऊर्जा प्रसाराचे अनेक पैलू आहेत, त्यापैकी एक म्हणजे ध्रुवीकरण, ज्याचा अनुप्रयोगांमध्ये आणि त्यांच्या अँटेना डिझाइनमध्ये कमी-अधिक प्रमाणात परिणाम किंवा चिंता असू शकते. ध्रुवीकरणाची मूलभूत तत्त्वे आरएफ/वायरलेस, ऑप्टिकल ऊर्जा यांसह सर्व विद्युतचुंबकीय प्रारणाला लागू होतात आणि अनेकदा ऑप्टिकल अनुप्रयोगांमध्ये वापरली जातात.
अँटेना ध्रुवीकरण म्हणजे काय?
ध्रुवीकरण समजून घेण्यापूर्वी, आपण प्रथम विद्युत चुंबकीय लहरींची मूलभूत तत्त्वे समजून घेतली पाहिजेत. या लहरी विद्युत क्षेत्रे (E क्षेत्रे) आणि चुंबकीय क्षेत्रे (H क्षेत्रे) यांनी बनलेल्या असतात आणि त्या एकाच दिशेने प्रवास करतात. E आणि H क्षेत्रे एकमेकांना आणि प्रतलीय लहरींच्या प्रसारणाच्या दिशेला लंब असतात.
ध्रुवीकरण म्हणजे सिग्नल ट्रान्समीटरच्या दृष्टिकोनातून 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: विद्युतचुंबकीय ऊर्जा लहरींमध्ये एकमेकांना लंब असलेले E आणि H क्षेत्र घटक असतात.
रेषीय ध्रुवीकरण आणि वर्तुळाकार ध्रुवीकरण
ध्रुवीकरण पद्धतींमध्ये खालील गोष्टींचा समावेश आहे:
मूलभूत रेषीय ध्रुवीकरणामध्ये, दोन संभाव्य ध्रुवीकरणे एकमेकांना लंब असतात (आकृती २). सैद्धांतिकदृष्ट्या, क्षैतिज ध्रुवीकरण असलेला प्राप्त करणारा अँटेना उभ्या ध्रुवीकरण असलेल्या अँटेनाकडून येणारा सिग्नल 'पाहू' शकत नाही आणि याउलटही तसेच होते, जरी दोन्ही एकाच फ्रिक्वेन्सीवर कार्यरत असले तरी. त्यांचे संरेखन जितके चांगले असेल, तितका जास्त सिग्नल पकडला जातो आणि जेव्हा ध्रुवीकरणे जुळतात तेव्हा ऊर्जा हस्तांतरण कमाल होते.
आकृती २: रेषीय ध्रुवीकरणामुळे एकमेकांना काटकोनात असलेले दोन ध्रुवीकरणाचे पर्याय उपलब्ध होतात.
अँटेनाचे तिर्यक ध्रुवीकरण हे रेषीय ध्रुवीकरणाचा एक प्रकार आहे. मूलभूत क्षैतिज आणि उभ्या ध्रुवीकरणाप्रमाणेच, हे ध्रुवीकरण केवळ पार्थिव वातावरणातच अर्थपूर्ण ठरते. तिर्यक ध्रुवीकरण हे क्षैतिज संदर्भ प्रतलाशी ±४५ अंशांच्या कोनात असते. जरी हा रेषीय ध्रुवीकरणाचाच एक दुसरा प्रकार असला तरी, 'रेषीय' हा शब्द सहसा केवळ क्षैतिज किंवा उभ्या ध्रुवीकरण असलेल्या अँटेनांसाठीच वापरला जातो.
काही प्रमाणात हानी होत असली तरी, तिरकस अँटेनाद्वारे पाठवलेले (किंवा प्राप्त केलेले) सिग्नल केवळ क्षैतिज किंवा उभ्या ध्रुवीकृत अँटेनांद्वारेच शक्य आहेत. जेव्हा एका किंवा दोन्ही अँटेनांचे ध्रुवीकरण अज्ञात असते किंवा वापरादरम्यान बदलते, तेव्हा तिरकस ध्रुवीकृत अँटेना उपयुक्त ठरतात.
वर्तुळाकार ध्रुवीकरण (CP) हे रेषीय ध्रुवीकरणापेक्षा अधिक गुंतागुंतीचे आहे. या मोडमध्ये, E फील्ड वेक्टरद्वारे दर्शविलेले ध्रुवीकरण सिग्नल प्रसारित होत असताना फिरते. जेव्हा ते उजवीकडे फिरवले जाते (ट्रान्समीटरमधून बाहेर पाहताना), तेव्हा वर्तुळाकार ध्रुवीकरणाला उजव्या हाताचे वर्तुळाकार ध्रुवीकरण (RHCP) म्हणतात; जेव्हा ते डावीकडे फिरवले जाते, तेव्हा त्याला डाव्या हाताचे वर्तुळाकार ध्रुवीकरण (LHCP) म्हणतात (आकृती ३).
आकृती ३: वर्तुळाकार ध्रुवीकरणामध्ये, विद्युतचुंबकीय तरंगाचा E क्षेत्र सदिश फिरतो; हे फिरणे उजव्या हाताचे किंवा डाव्या हाताचे असू शकते.
सीपी सिग्नलमध्ये दोन लंबतरंग असतात जे कलाबाह्य असतात. सीपी सिग्नल निर्माण करण्यासाठी तीन अटी आवश्यक आहेत. ई-क्षेत्रात दोन लंबतरंग घटक असले पाहिजेत; हे दोन्ही घटक ९० अंश कलाबाह्य आणि समान आयामाचे असले पाहिजेत. सीपी निर्माण करण्याचा एक सोपा मार्ग म्हणजे हेलिकल अँटेनाचा वापर करणे.
लंबवर्तुळाकार ध्रुवीकरण (EP) हा CP चा एक प्रकार आहे. लंबवर्तुळाकार ध्रुवीकृत लहरी या CP लहरींप्रमाणे, दोन रेषीय ध्रुवीकृत लहरींपासून निर्माण होणाऱ्या गेन (gain) असतात. जेव्हा असमान आयामांच्या दोन परस्पर लंब रेषीय ध्रुवीकृत लहरी एकत्र केल्या जातात, तेव्हा एक लंबवर्तुळाकार ध्रुवीकृत लहर निर्माण होते.
अँटेनांमधील ध्रुवीकरणातील तफावत ध्रुवीकरण हानी घटकाद्वारे (PLF) दर्शविली जाते. हे पॅरामीटर डेसिबल (dB) मध्ये व्यक्त केले जाते आणि ते प्रेषक व ग्रहण करणाऱ्या अँटेनांमधील ध्रुवीकरण कोनाच्या फरकावर अवलंबून असते. सैद्धांतिकदृष्ट्या, PLF चे मूल्य पूर्णपणे संरेखित अँटेनासाठी 0 dB (कोणतीही हानी नाही) पासून ते पूर्णपणे लंब अँटेनासाठी अनंत dB (अनंत हानी) पर्यंत असू शकते.
परंतु, प्रत्यक्षात ध्रुवीकरणाचे संरेखन (किंवा विसंरेखन) परिपूर्ण नसते, कारण अँटेनाची यांत्रिक स्थिती, वापरकर्त्याचे वर्तन, चॅनलमधील विकृती, मल्टीपाथ परावर्तन आणि इतर घटनांमुळे प्रसारित विद्युतचुंबकीय क्षेत्रात काही कोनीय विकृती निर्माण होऊ शकते. सुरुवातीला, ऑर्थोगोनल ध्रुवीकरणातून १० - ३० डीबी किंवा त्याहून अधिक सिग्नल क्रॉस-पोलरायझेशनची "गळती" होते, जी काही प्रकरणांमध्ये इच्छित सिग्नलच्या पुनर्प्राप्तीमध्ये व्यत्यय आणण्यासाठी पुरेशी असू शकते.
याउलट, आदर्श ध्रुवीकरण असलेल्या दोन संरेखित अँटेनांसाठी प्रत्यक्ष PLF परिस्थितीनुसार 10 dB, 20 dB किंवा त्याहून अधिक असू शकते आणि ते सिग्नल पुनर्प्राप्तीमध्ये अडथळा आणू शकते. दुसऱ्या शब्दांत, अनपेक्षित क्रॉस-पोलरायझेशन आणि PLF हे इच्छित सिग्नलमध्ये व्यत्यय आणून किंवा इच्छित सिग्नलची शक्ती कमी करून, दोन्ही प्रकारे कार्य करू शकतात.
ध्रुवीकरणाची काळजी का करावी?
ध्रुवीकरण दोन प्रकारे कार्य करते: दोन अँटेना जितके अधिक संरेखित असतील आणि त्यांचे ध्रुवीकरण जितके समान असेल, तितकी प्राप्त सिग्नलची शक्ती चांगली असते. याउलट, ध्रुवीकरणाचे संरेखन योग्य नसल्यास, इच्छित किंवा असंतुष्ट रिसीव्हर्सना अपेक्षित सिग्नलचा पुरेसा भाग मिळवणे अधिक कठीण होते. बऱ्याच प्रकरणांमध्ये, 'चॅनल' प्रसारित ध्रुवीकरणात विकृती निर्माण करतो, किंवा एक किंवा दोन्ही अँटेना एका निश्चित स्थिर दिशेत नसतात.
कोणते ध्रुवीकरण वापरायचे याची निवड सामान्यतः स्थापनेच्या किंवा वातावरणीय परिस्थितीनुसार ठरवली जाते. उदाहरणार्थ, छताजवळ स्थापित केल्यास क्षैतिज ध्रुवीकृत अँटेना अधिक चांगले कार्य करतो आणि त्याचे ध्रुवीकरण टिकवून ठेवतो; याउलट, बाजूच्या भिंतीजवळ स्थापित केल्यास उभ्या ध्रुवीकृत अँटेना अधिक चांगले कार्य करतो आणि त्याचे ध्रुवीकरण टिकवून ठेवतो.
मोठ्या प्रमाणावर वापरला जाणारा डायपोल अँटेना (साधा किंवा दुमडलेला) त्याच्या "सामान्य" माउंटिंग स्थितीत (आकृती 4) क्षैतिज ध्रुवीकृत असतो आणि आवश्यकतेनुसार उभ्या ध्रुवीकरणासाठी किंवा पसंतीच्या ध्रुवीकरण मोडला समर्थन देण्यासाठी तो अनेकदा 90 अंशांनी फिरवला जातो (आकृती 5).
आकृती ४: क्षैतिज ध्रुवीकरण मिळवण्यासाठी डायपोल अँटेना सामान्यतः त्याच्या खांबावर आडवा बसवला जातो.
आकृती ५: उभ्या ध्रुवीकरणाची आवश्यकता असलेल्या अनुप्रयोगांसाठी, डायपोल अँटेना त्यानुसार बसवला जाऊ शकतो जिथे अँटेना प्रकाश पकडतो.
उभ्या ध्रुवीकरणाचा वापर सामान्यतः हातातील मोबाईल रेडिओसाठी केला जातो, जसे की आपत्कालीन प्रतिसादकर्त्यांद्वारे वापरले जाणारे रेडिओ, कारण उभ्या ध्रुवीकरण असलेल्या अनेक रेडिओ अँटेना डिझाइनमुळे सर्वदिशात्मक रेडिएशन पॅटर्न देखील मिळतो. त्यामुळे, रेडिओ आणि अँटेनाची दिशा बदलली तरीही अशा अँटेनांची दिशा बदलण्याची गरज नसते.
३ - ३० मेगाहर्ट्झ उच्च वारंवारता (HF) अँटेना सामान्यतः ब्रॅकेट्समध्ये आडव्या जोडलेल्या साध्या लांब तारांपासून बनवलेले असतात. त्याची लांबी तरंगलांबीनुसार (१० - १०० मीटर) ठरवली जाते. या प्रकारचा अँटेना नैसर्गिकरित्या क्षैतिज ध्रुवीकृत असतो.
हे लक्षात घेण्यासारखे आहे की, या बँडला "उच्च वारंवारता" म्हणून संबोधण्याची सुरुवात अनेक दशकांपूर्वी झाली, जेव्हा ३० मेगाहर्ट्झ ही खरोखरच उच्च वारंवारता होती. जरी हे वर्णन आता कालबाह्य वाटत असले तरी, हे आंतरराष्ट्रीय दूरसंचार संघाचे (International Telecommunications Union) अधिकृत पदनाम आहे आणि ते अजूनही मोठ्या प्रमाणावर वापरले जाते.
पसंतीचे ध्रुवीकरण दोन प्रकारे निर्धारित केले जाऊ शकते: एकतर ३०० kHz - ३ MHz मध्यम तरंग (MW) बँड वापरणाऱ्या प्रसारण उपकरणांद्वारे अधिक शक्तिशाली कमी-अंतराच्या सिग्नलिंगसाठी भू-तरंगांचा वापर करून, किंवा आयनोस्फियर लिंकद्वारे अधिक लांब अंतरासाठी आकाश-तरंगांचा वापर करून. सर्वसाधारणपणे, उभ्या ध्रुवीकृत अँटेनांमध्ये भू-तरंगांचे प्रसारण अधिक चांगले होते, तर आडव्या ध्रुवीकृत अँटेनांची आकाश-तरंगांची कामगिरी अधिक चांगली असते.
उपग्रहांसाठी वर्तुळाकार ध्रुवीकरणाचा मोठ्या प्रमाणावर वापर केला जातो, कारण भू-स्थानके आणि इतर उपग्रहांच्या तुलनेत उपग्रहाची स्थिती सतत बदलत असते. जेव्हा प्रेषक आणि ग्रहण करणारे अँटेना दोन्ही वर्तुळाकार ध्रुवीकृत असतात, तेव्हा त्यांच्यातील कार्यक्षमता सर्वाधिक असते. परंतु, सीपी अँटेनांसोबत रेषीय ध्रुवीकृत अँटेनांचाही वापर केला जाऊ शकतो, मात्र त्यात ध्रुवीकरणामुळे काही प्रमाणात ऊर्जा हानी होते.
5G प्रणालींसाठी ध्रुवीकरण देखील महत्त्वाचे आहे. काही 5G मल्टिपल-इनपुट/मल्टिपल-आउटपुट (MIMO) अँटेना अॅरे, उपलब्ध स्पेक्ट्रमचा अधिक कार्यक्षमतेने वापर करण्यासाठी ध्रुवीकरणाचा उपयोग करून वाढीव थ्रुपुट मिळवतात. हे विविध सिग्नल ध्रुवीकरण आणि अँटेनांच्या स्पॅशियल मल्टिप्लेक्सिंगच्या (स्पेस डायव्हर्सिटी) संयोजनाद्वारे साध्य केले जाते.
ही प्रणाली दोन डेटा प्रवाह प्रसारित करू शकते, कारण हे डेटा प्रवाह स्वतंत्र लंबध्रुवीकृत अँटेनाद्वारे जोडलेले असतात आणि ते स्वतंत्रपणे पुनर्प्राप्त केले जाऊ शकतात. मार्ग आणि चॅनेल विकृती, परावर्तन, मल्टीपाथ आणि इतर अपूर्णतेमुळे काही प्रमाणात क्रॉस-पोलरायझेशन असले तरीही, रिसीव्हर प्रत्येक मूळ सिग्नल पुनर्प्राप्त करण्यासाठी अत्याधुनिक अल्गोरिदम वापरतो, ज्यामुळे बिट एरर रेट (BER) कमी होतो आणि अंतिमतः स्पेक्ट्रमचा वापर सुधारतो.
निष्कर्षतः
ध्रुवीकरण हा अँटेनाचा एक महत्त्वाचा गुणधर्म आहे, ज्याकडे अनेकदा दुर्लक्ष केले जाते. रेषीय (क्षैतिज आणि उभ्यासह) ध्रुवीकरण, तिर्यक ध्रुवीकरण, वर्तुळाकार ध्रुवीकरण आणि लंबवर्तुळाकार ध्रुवीकरण यांचा उपयोग वेगवेगळ्या अनुप्रयोगांसाठी केला जातो. अँटेनाची संपूर्ण आरएफ कामगिरीची श्रेणी त्याच्या सापेक्ष अभिमुखता आणि संरेखनावर अवलंबून असते. प्रमाणित अँटेनांमध्ये वेगवेगळी ध्रुवीकरणे असतात आणि ते स्पेक्ट्रमच्या वेगवेगळ्या भागांसाठी योग्य असतात, ज्यामुळे लक्ष्यित अनुप्रयोगासाठी पसंतीचे ध्रुवीकरण उपलब्ध होते.
शिफारस केलेली उत्पादने:
| RM-डीपीएचए२०३०-१५ | ||
| पॅरामीटर्स | ठराविक | युनिट्स |
| वारंवारता श्रेणी | २०-३० | गिगाहर्ट्झ |
| फायदा | १५ प्रकार. | dBi |
| व्हीएसडब्ल्यूआर | १.३ प्रकार. | |
| ध्रुवीकरण | दुहेरी रेषीय | |
| क्रॉस पोल. आयसोलेशन | ६० प्रकार. | dB |
| पोर्ट आयसोलेशन | ७० प्रकार. | dB |
| कनेक्टर | एसएमए-Fस्त्री | |
| साहित्य | Al | |
| पूर्ण करणे | रंग | |
| आकार(L*W*H) | ८३.९*३९.६*६९.४(±5) | mm |
| वजन | ०.०७४ | kg |
| RM-बीडीएचए११८-१० | ||
| वस्तू | तपशील | युनिट |
| वारंवारता श्रेणी | १-१८ | गिगाहर्ट्झ |
| फायदा | १० प्रकार. | dBi |
| व्हीएसडब्ल्यूआर | १.५ टिपिकल | |
| ध्रुवीकरण | रेषीय | |
| क्रॉस पो. विलगीकरण | ३० प्रकार. | dB |
| कनेक्टर | एसएमए-महिला | |
| पूर्ण करणे | Pनाही | |
| साहित्य | Al | |
| आकार(L*W*H) | १८२.४*१८५.१*११६.६(±5) | mm |
| वजन | ०.६०३ | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| पॅरामीटर्स | ठराविक | युनिट्स |
| वारंवारता श्रेणी | २-१८ | गिगाहर्ट्झ |
| फायदा | १५ प्रकार. | dBi |
| व्हीएसडब्ल्यूआर | १.५ टिपिकल |
|
| ध्रुवीकरण | दुहेरी रेषीय |
|
| क्रॉस पोल. आयसोलेशन | 40 | dB |
| पोर्ट आयसोलेशन | 40 | dB |
| कनेक्टर | एसएमए-एफ |
|
| पृष्ठभाग उपचार | Pनाही |
|
| आकार(L*W*H) | २७६*१४७*१४७(±5) | mm |
| वजन | ०.९४५ | kg |
| साहित्य | Al |
|
| कार्यरत तापमान | -४०-+८५ | °C |
| RM-बीडीपीएचए९३९५-२२ | ||
| पॅरामीटर्स | ठराविक | युनिट्स |
| वारंवारता श्रेणी | ९३-९५ | गिगाहर्ट्झ |
| फायदा | २२ प्रकार. | dBi |
| व्हीएसडब्ल्यूआर | १.३ प्रकार. |
|
| ध्रुवीकरण | दुहेरी रेषीय |
|
| क्रॉस पोल. आयसोलेशन | ६० प्रकार. | dB |
| पोर्ट आयसोलेशन | ६७ प्रकार. | dB |
| कनेक्टर | डब्ल्यूआर१० |
|
| साहित्य | Cu |
|
| पूर्ण करणे | गोल्डन |
|
| आकार(L*W*H) | ६९.३*१९.१*२१.२ (±5) | mm |
| वजन | ०.०१५ | kg |
पोस्ट करण्याची वेळ: ११ एप्रिल २०२४
