Doble polarización de antena
La siguiente figura muestra los otros dos casos de polarización simple: polarización +45° y polarización -45°, que sólo se utilizan en ocasiones especiales. De esta forma, *** tiene cuatro unipolarizaciones, como se muestra en la siguiente figura. Una nueva antena se forma combinando antenas polarizadas verticalmente y horizontalmente, o combinando antenas polarizadas +45° y -45° ---Antena polarizada dual.
La siguiente figura muestra dos antenas de polarización simple instaladas juntas para formar una antena de polarización dual. Tenga en cuenta que la antena de polarización dual tiene dos conectores.
Las antenas de doble polarización irradian (o reciben) ondas con dos polarizaciones que son ortogonales (perpendiculares) entre sí en el espacio. Las ondas polarizadas verticalmente deben recibirse mediante una antena con características de polarización vertical, y las ondas polarizadas horizontalmente deben recibirse mediante una antena con características de polarización horizontal. Las ondas con polarización circular derecha deben recibirse mediante una antena con características de polarización circular hacia la derecha, mientras que las ondas con polarización circular hacia la izquierda deben recibirse mediante una antena con características de polarización circular hacia la izquierda.
Cuando la dirección de polarización de la onda entrante es inconsistente con la dirección de polarización de la antena receptora, la señal recibida se hará más pequeña, es decir, se produce una pérdida de polarización. Por ejemplo: cuando se utiliza una antena polarizada de +45° para recibir ondas polarizadas verticalmente u horizontalmente, o cuando se utiliza una antena polarizada verticalmente para recibir ondas polarizadas de +45° o -45°, etc. Para producir pérdida de polarización. Cuando se utiliza una antena polarizada circularmente para recibir cualquier onda polarizada linealmente, o se utiliza una antena polarizada linealmente para recibir cualquier onda polarizada circularmente, etc., inevitablemente se producirá una pérdida de polarización: sólo se pueden recibir las ondas entrantes la mitad de la energía.
Cuando la dirección de polarización de la antena receptora es completamente ortogonal a la dirección de polarización de la onda entrante, como por ejemplo usando una antena receptora polarizada horizontalmente para recibir ondas entrantes polarizadas verticalmente, o usando una antena receptora polarizada circularmente a la derecha. Cuando la antena receptora recibe una onda entrante con polarización circular hacia la izquierda, la antena no puede recibir la energía de la onda entrante en absoluto. En este caso, la pérdida de polarización es mayor, lo que se denomina aislamiento de polarización completo. La "frecuencia de resonancia" y la "resonancia eléctrica" están relacionadas con la longitud eléctrica de la antena. La longitud eléctrica suele ser la longitud física del cable dividida por la relación entre la velocidad de propagación de la onda en el espacio libre y la velocidad en el cable. La longitud eléctrica de una antena suele expresarse en términos de longitud de onda. Las antenas generalmente están sintonizadas a una frecuencia determinada y son efectivas en una banda de frecuencia centrada en esta frecuencia resonante. Pero otros parámetros de la antena (en particular el patrón de radiación y la impedancia) varían con la frecuencia, por lo que la frecuencia de resonancia de la antena puede estar sólo cerca de la frecuencia central de estos parámetros más importantes.
Una antena puede resonar a una frecuencia correspondiente a una longitud que es una fracción del componente de longitud de onda de interés. Algunos diseños de antenas tienen múltiples frecuencias de resonancia, otros son relativamente efectivos en una amplia banda de frecuencias. La antena de banda ancha más común es una antena logarítmica, pero su ganancia es mucho menor que la de una antena de banda estrecha. "Ganancia" se refiere al logaritmo de la relación entre la intensidad del patrón de radiación de la antena en la dirección de radiación más fuerte de la antena y la intensidad de la antena de referencia. Si la antena de referencia es una antena omnidireccional, la ganancia está en dBi. Por ejemplo, la ganancia de una antena dipolo es de 2,14 dBi. También se suelen utilizar antenas dipolo como antenas de referencia (esto se debe a que no se puede fabricar una antena de referencia perfectamente omnidireccional), en cuyo caso la ganancia de la antena se mide en dBd.
La ganancia de la antena es un fenómeno pasivo. La antena no aumenta la excitación, solo la redistribuye para que irradie más energía en una determinada dirección que una antena omnidireccional. Si una antena tiene ganancia positiva en algunas direcciones, su ganancia en otras direcciones será negativa debido a la conservación de energía en la antena. Por lo tanto, la ganancia que puede alcanzar una antena debe estar equilibrada entre la cobertura de la antena y su ganancia. Por ejemplo, la ganancia de la antena parabólica de la nave espacial es muy grande, pero el rango de cobertura es muy estrecho, por lo que debe apuntar con precisión a la Tierra, mientras que la ganancia de la antena transmisora es muy pequeña porque necesita irradiar; en todas direcciones.
La ganancia de una antena parabólica es directamente proporcional a la apertura (área reflectante), la precisión de la superficie reflectante de la antena y la frecuencia de transmisión/recepción. En términos generales, cuanto mayor sea la apertura, mayor será la ganancia y cuanto mayor sea la frecuencia, mayor será la ganancia. Sin embargo, los errores en la precisión de la superficie a frecuencias más altas conducirán a una gran reducción de la ganancia.
"Apertura" y "Patrón de radiación" están estrechamente relacionados con la ganancia. La apertura se refiere a la forma de la sección transversal del "haz" en la dirección de mayor ganancia y es bidimensional (a veces la apertura se expresa como el radio de un círculo que se aproxima a la sección transversal o al ángulo del cono del haz). El patrón de radiación es un diagrama tridimensional que representa la ganancia, pero normalmente sólo se consideran las secciones transversales bidimensionales horizontales y verticales del patrón de radiación. Los patrones de radiación de las antenas de alta ganancia suelen ir acompañados de "lóbulos laterales". Los lóbulos laterales son los haces con ganancia distinta del lóbulo principal (el "haz" con mayor ganancia).
Los lóbulos laterales afectarán la calidad de la antena cuando sistemas como el radar necesiten determinar la dirección de la señal. Los lóbulos laterales también reducirán la ganancia del lóbulo principal debido a la distribución de energía.
La ganancia se refiere a la relación entre la densidad de potencia de la señal generada por la antena real y la unidad radiante ideal en el mismo punto del espacio bajo la condición de que la potencia de entrada sea igual. Describe cuantitativamente el grado en que una antena irradia potencia de entrada concentrada. Obviamente, la ganancia está estrechamente relacionada con el patrón de la antena. Cuanto más estrecho sea el lóbulo principal del patrón y más pequeño el lóbulo lateral, mayor será la ganancia. El significado físico de ganancia se puede entender de esta manera: para generar una señal de un cierto tamaño en un cierto punto a una cierta distancia, si se utiliza una fuente puntual no direccional ideal como antena transmisora, una potencia de entrada de Se requieren 100 W, y cuando se utiliza una antena direccional con una ganancia de G = 13 dB = 20 como antena transmisora, la potencia de entrada solo necesita 100/20 = 5 W. En otras palabras, la ganancia de una antena, en términos de su efecto de radiación en la dirección de máxima radiación, es el múltiplo que amplifica la potencia de entrada en comparación con una fuente puntual no direccional ideal.
La ganancia del oscilador simétrico de media onda es G=2,15dBi.
Cuatro osciladores simétricos de media onda están dispuestos hacia arriba y hacia abajo a lo largo de la línea vertical para formar una matriz vertical de cuatro elementos, con una ganancia de aproximadamente G=8,15 dBi (la unidad de dBi indica que el objeto de comparación es una fuente puntual ideal que irradia uniformemente en todas direcciones).
Si se utiliza un oscilador simétrico de media onda como objeto de comparación, la unidad de ganancia es dBd.
La ganancia del oscilador simétrico de media onda es G=0dBd (debido a que se compara consigo mismo, la relación es 1, y al tomar el logaritmo se obtiene un valor cero). La ganancia del conjunto cuádruple vertical es aproximadamente G=8,15– 2,15=6dBd.
Características de ganancia:
⑴La antena es un dispositivo pasivo y no puede generar energía. La ganancia de la antena es solo la capacidad de concentrar energía de manera efectiva para irradiar o recibir ondas electromagnéticas en una dirección específica.
⑵ La ganancia de la antena se genera mediante la superposición de osciladores. Cuanto mayor es la ganancia, mayor es la longitud de la antena.
⑶Cuanto mayor sea la ganancia de la antena, mejor será la directividad, más concentrada será la energía y más estrecho será el lóbulo. La "impedancia" es análoga al índice de refracción en óptica. Cuando las ondas de radio viajan a través de diferentes partes del sistema de antena (estación de radio, alimentador, antena, espacio libre), encontrarán diferencias de impedancia. En cada interfaz, dependiendo de la adaptación de impedancia, parte de la energía de la onda de radio se reflejará de regreso a la fuente, formando una determinada onda estacionaria en la línea de alimentación. En este momento, se puede medir la relación entre la energía máxima y la energía mínima de la onda de radio, lo que se denomina relación de onda estacionaria (ROE). Lo ideal es una relación de onda estacionaria de 1:1. Una relación de onda estacionaria de 1,5:1 se considera crítica en aplicaciones de baja energía donde el consumo de energía es crítico. En el equipo correspondiente también pueden aparecer relaciones de onda estacionaria de hasta 6:1. Minimizar las diferencias de impedancia entre interfaces (adaptación de impedancia) reducirá la relación de onda estacionaria y maximizará la transferencia de energía entre varias partes del sistema de antena.
La impedancia compleja de una antena se relaciona con la longitud eléctrica de la antena cuando está en funcionamiento. Al ajustar la impedancia del alimentador, es decir, el alimentador se utiliza como transformador de impedancia, la impedancia de la antena se puede hacer coincidir con el alimentador y la estación de radio. Más común es el uso de sintonizadores de antena, baluns, transformadores de impedancia, redes de adaptación que contienen condensadores e inductores, o segmentos de adaptación como la adaptación gamma. Antena dipolo de media onda (igual que la anterior) El patrón de radiación de ganancia (dBi) es una descripción gráfica de la intensidad de campo relativa emitida o recibida por la antena. Dado que la antena irradia hacia un espacio tridimensional, se necesitan varios gráficos para describirla. Si la radiación de la antena es simétrica con respecto a un eje (como las antenas dipolo, las antenas helicoidales y algunas antenas parabólicas), solo se requiere un patrón.
Los diferentes proveedores/usuarios de antenas tienen diferentes estándares y formatos de dibujo para patrones direccionales. La relación entre voltaje y corriente en todas partes de una línea de transmisión infinitamente larga se define como la impedancia característica de la línea de transmisión, representada por Z0. La fórmula de cálculo de la impedancia característica del cable coaxial es
Z. =〔60/√εr〕×Log (D/d) [Europeo].
En la fórmula, D es el diámetro interior de la malla de cobre del conductor exterior del cable coaxial; d es el diámetro exterior del hilo central del cable coaxial;
εr es la constante dieléctrica relativa del medio aislante entre conductores.
Normalmente Z0 = 50 ohmios, también los hay Z0 = 75 ohmios.
Es fácil ver en la fórmula anterior que la impedancia característica del alimentador solo está relacionada con los diámetros D y d de los conductores y la constante dieléctrica εr del medio entre los conductores, pero no tiene nada que ver con la longitud del alimentador, la frecuencia de operación y la impedancia de carga conectada al terminal del alimentador. Cuando la señal se transmite en el alimentador, además de la pérdida resistiva del conductor, también existe la pérdida dieléctrica del material aislante. Estas dos pérdidas aumentan con el aumento de la longitud del alimentador y la frecuencia de operación.
Por lo tanto, la longitud del alimentador debe acortarse tanto como sea posible mediante un diseño razonable.
La pérdida por unidad de longitud se expresa mediante el coeficiente de atenuación β, y su unidad es dB/m (decibel/metro). La mayoría de las unidades en las especificaciones técnicas del cable son dB/100 m (decibel/cien). metros).
Supongamos que la potencia de entrada al alimentador es P1 y la potencia de salida del alimentador con longitud L (m) es P2. La pérdida de transmisión TL se puede expresar como:
<. p>TL = 10 × Lg ( P1 /P2 ) ( dB )El coeficiente de atenuación es
β = TL / L ( dB / m )
Por ejemplo, NOKIA 7/8 pulgadas Para cables de baja pérdida, el coeficiente de atenuación a 900MHz es β = 4,1 dB/100 m, que también se puede escribir como β = 3 dB/73 m. a la frecuencia de 900 MHz pasa por un cable de 73 m de longitud la mitad de la potencia.
Para cables normales que no son de baja pérdida, por ejemplo, SYV-9-50-1, el coeficiente de atenuación a 900 MHz es β = 20,1 dB/100 m, que también se puede escribir como β = 3 dB / 15 m, es decir Se dice que la potencia de la señal con una frecuencia de 900MHz se reducirá a la mitad cada vez que pase por un cable de 15 m de longitud. Definición: La relación entre el voltaje de la señal y la corriente de la señal en el extremo de entrada de la antena se denomina impedancia de entrada de la antena. La impedancia de entrada tiene un componente de resistencia Rin y un componente de reactancia Xin, es decir, Zin = Rin + j Xin. La existencia del componente de reactancia reducirá la extracción de potencia de señal por parte de la antena del alimentador. Por lo tanto, el componente de reactancia debe ser lo más cero posible, es decir, la impedancia de entrada de la antena debe ser lo más puramente posible. . De hecho, incluso una antena bien diseñada y depurada siempre contiene un pequeño componente de reactancia en su impedancia de entrada.
La impedancia de entrada está relacionada con la estructura, el tamaño y la longitud de onda operativa de la antena. El oscilador simétrico de media onda es la antena básica más importante y su impedancia de entrada es Zin = 73,1+j42,5 (. ohm). Cuando su longitud se acorta en un (3~5) %, el componente de reactancia se puede eliminar, haciendo que la impedancia de entrada de la antena sea una resistencia pura. La impedancia de entrada en este momento es Zin = 73,1 (ohmios), (75 ohmios nominales). . Tenga en cuenta que, estrictamente hablando, la impedancia de entrada de la antena puramente resistiva es sólo para frecuencias puntuales.
Por cierto, la impedancia de entrada del oscilador reducido de media onda es cuatro veces mayor que la del oscilador simétrico de media onda, es decir, Zin = 280 (ohmios), (300 ohmios nominales).
Curiosamente, para cualquier antena, siempre se puede ajustar la impedancia de la antena para hacer que la parte imaginaria de la impedancia de entrada sea muy pequeña y la parte real bastante cercana a los 50 ohmios dentro del rango de frecuencia de funcionamiento requerido, de modo que la La impedancia de entrada de la antena es Zin = Rin = 50 ohmios ------ Esto es necesario para que la antena tenga una buena impedancia que coincida con el alimentador. Ya sean antenas transmisoras o antenas receptoras, siempre funcionan dentro de un determinado rango de frecuencia (ancho de banda). Hay dos definiciones diferentes del ancho de banda de frecuencia de una antena:
Una se refiere a: en una onda estacionaria. la condición de relación SWR ≤ 1,5, el ancho de banda de frecuencia operativa de la antena;
Se refiere al ancho de banda de frecuencia dentro del rango donde la ganancia de la antena cae en 3 dB.
En los sistemas de comunicaciones móviles, generalmente se define según el primero. Específicamente, el ancho de banda de frecuencia de la antena es el rango de frecuencia operativa de la antena cuando la relación de onda estacionaria SWR de la antena no excede. 1.5.
En términos generales, el rendimiento de la antena es diferente en varios puntos de frecuencia dentro del ancho de banda de frecuencia operativa, pero la degradación del rendimiento causada por esta diferencia es aceptable.