Qu'est-ce que la polarisation d'une antenne et pourquoi est-elle importante ?

La polarisation est un phénomène important qui est utile dans différentes analyses des ondes électromagnétiques (EM). La compréhension de la polarisation joue un rôle important dans la transmission maximale du signal. La transmission maximale d'un signal est l'événement où la fidélité du signal est préservée pendant la transmission. Pour obtenir une transmission maximale du signal, les éléments d'antenne de l'émetteur et du récepteur doivent conserver la même polarisation d'antenne. Si la polarisation ne correspond pas, l'intensité du signal sera réduite.

Dans cet article, nous allons discuter de l'importance de comprendre la polarisation des antennes. Cela inclut un bref historique de la polarisation, les types de polarisation d'antenne et les facteurs affectant la polarisation. En outre, nous explorerons certaines des applications de la polarisation d'antenne et la façon dont elles sont utilisées dans différents domaines. Cet article peut servir de guide complet, bref et concis, sur la polarisation d'antenne.

Principes de base de la polarisation des antennes

Une onde électromagnétique est constituée de deux champs perpendiculaires. Ces champs sont :

• Champ électrique (champ E)
• Champ magnétique (champ H)

Ces deux champs sont perpendiculaires l'un à l'autre et à la direction de propagation de l'onde. La polarisation de l'antenne est définie en fonction de l'orientation du champ électrique. Par conséquent, nous pouvons définir la polarisation de l'antenne comme l'orientation du champ E de l'onde EM rayonnée par l'antenne de l'émetteur. Il s'agit d'un concept important, car le champ électrique est important lorsque l'on considère l'intensité du signal.
En ce qui concerne l'histoire de la polarisation des antennes, James Maxwell est l'un des scientifiques les plus influents. Il a formulé les équations de Maxwell pour décrire la propagation des ondes électromagnétiques et l'interaction entre le champ E et le champ H. Mais c'est Heinrich Hertz qui a démontré expérimentalement la polarisation en utilisant une antenne dipôle à la fin des années 1880. Toutefois, c'est Heinrich Hertz qui a démontré expérimentalement la polarisation à l'aide d'une antenne dipôle à la fin des années 1880.

Il est nécessaire de comprendre brièvement la définition et l'histoire de la polarisation d'antenne pour comprendre la relation fondamentale entre la polarisation d'antenne et les ondes électromagnétiques. Fondamentalement, la polarisation de l'antenne peut affecter les ondes électromagnétiques,

• Intensité du signal à l'extrémité réceptrice
• Niveau d'interférence du signal dû à l'interférence par trajets multiples et à l'inadéquation de la polarisation

Outre ces deux idées fondamentales, la polarisation peut également limiter considérablement la conception de l'antenne. Il est donc nécessaire de bien comprendre la polarisation de l'antenne avant de la concevoir.

Types de polarisation d'antenne

Il existe plusieurs types de modes de polarisation d'antenne en fonction de différentes circonstances qui dépendent des conditions environnementales et de la conception des antennes. En outre, en fonction des avantages et des inconvénients de chaque type de polarisation d'antenne, ils sont utilisés dans différentes formes de médias de communication sans fil.

Il existe trois principaux types de polarisation d'antenne, à savoir,

1. Polarisation linéaire
2. Polarisation circulaire
3. Polarisation elliptique

Polarisation horizontale et verticale

Double polarisation oblique

Polarisation linéaire

La polarisation linéaire est le type de polarisation le plus fréquent dans les applications pratiques. Dans le cas de la polarisation linéaire, tout le rayonnement transmis est confiné dans un seul plan. En d'autres termes, le champ électromagnétique n'oscille que dans une seule direction. En fonction de la direction d'oscillation du champ E, il existe trois sous-catégories de polarisation linéaire. Il s'agit des sous-catégories suivantes

• Polarisation horizontale - Ici, le champ E oscille d'un côté à l'autre et peut être capté par les éléments horizontaux d'une antenne.
• Polarisation verticale - Ici, le champ E oscille de haut en bas et peut être capté par des éléments verticaux. L'utilisation de la polarisation verticale présente l'avantage de rayonner de manière égale autour du plan horizontal.
• Polarisation oblique - Ici, le champ E oscille à un angle par rapport à un plan horizontal ou vertical. La polarisation oblique peut être captée par les éléments horizontaux et verticaux d'une antenne.

Polarisation circulaire

Dans ce cas, le champ E tourne pendant que le signal se propage. Il s'agit d'une forme de polarisation complexe par rapport à la polarisation linéaire, qui est largement utilisée dans les applications de communication par satellite. En outre, pour qu'il y ait polarisation circulaire, trois conditions doivent être remplies. Ces conditions sont les suivantes :

• Le champ E doit avoir deux composantes vectorielles orthogonales
• Ces composantes vectorielles doivent être déphasées de 90 degrés.
• Ces composantes vectorielles doivent être égales en magnitude

Selon le sens de rotation du champ E, il existe deux types de polarisation circulaire, à savoir :

• Polarisation circulaire droite (RHCP)
• Polarisation circulaire gauche (LHCP)

Polarisation elliptique

La polarisation elliptique est un mélange de polarisation linéaire et circulaire. Ce mélange est dû à l'inadéquation de la magnitude des composantes du vecteur orthogonal du champ E que nous avons décrite précédemment dans la polarisation circulaire. Comme la polarisation circulaire, la polarisation elliptique est largement utilisée dans les communications par satellite ainsi que dans les systèmes radar.

Facteurs influençant la polarisation de l'antenne

Plusieurs facteurs peuvent influencer la polarisation de l'antenne puisque les ondes électromagnétiques se propagent librement dans l'espace. Cependant, nous pouvons réduire le nombre de facteurs clés qui peuvent avoir une influence substantielle sur la polarisation de l'antenne. Ces facteurs sont les suivants

• Facteurs environnementaux : Le terrain est une préoccupation majeure. Selon la nature du terrain (urbain, rural, etc.), le degré de polarisation est affecté par la réflexion, la diffraction et la diffusion du signal. En outre, les obstacles présents dans l'environnement peuvent interagir avec le signal par réflexion et absorption.
• Fréquence : La fréquence de transmission détermine le degré de polarisation, les fréquences élevées étant plus sensibles à la polarisation.
• La conception de l'antenne : La taille, la forme, l'orientation et les différents éléments de l'antenne peuvent également affecter la polarisation, car ils déterminent la manière dont le signal est reçu et transmis.
• Considérations relatives à la propagation du signal : D'autres facteurs tels que les conditions atmosphériques et les distorsions du canal peuvent également affecter la polarisation.

Applications de la polarisation des antennes

Maintenant que nous avons une idée complète de la polarisation d'antenne, examinons quelques-unes de ses applications les plus répandues. Dans les systèmes de communication sans fil, la polarisation est utilisée pour réduire les interférences qui peuvent se produire au cours de la transmission. En outre, l'obtention d'une polarisation souhaitable permet d'accroître la clarté et la force du signal. Enfin, dans les systèmes de communication sans fil tels que les réseaux cellulaires, la polarisation est utilisée pour augmenter la capacité des canaux en obtenant différents types de polarisation au sein d'un même canal. De même, dans les systèmes RFID, la polarisation peut être un facteur influent pour déterminer la portée de lecture des systèmes RFID en raison des interférences dans l'environnement.

En outre, la polarisation circulaire et la polarisation elliptique sont largement utilisées dans les systèmes satellitaires et radar en raison du degré élevé d'interférence dans ces systèmes. Dans le cas de la communication par satellite, l'introduction de la polarisation circulaire peut compenser efficacement la distorsion du signal qui peut se produire en raison de la rotation des satellites. En outre, ces deux types de polarisation peuvent également être utilisés pour étudier le mouvement des grands corps célestes en radioastronomie.

Diversité de la polarisation

La diversité de polarisation est un cas particulier de polarisation dans lequel plusieurs versions d'un signal sont transmises et reçues en utilisant plusieurs types de polarisation. Cela permet d'atténuer les déséquilibres de polarisation, car le signal sera reçu dans différents types de polarisation. En outre, elle permet également de réduire la dégradation du signal due aux interférences par trajets multiples.

Cette technique est utile pour Systèmes MIMO car elle réduira la taille des stations terminales MIMO et le nombre d'antennes. Antennes MIMO. Cet avantage est obtenu par l'utilisation de plusieurs types de signaux polarisés et de faibles corrélations entre eux. Cependant, malgré l'avantage de la diversité de polarisation, la réalisation de cette fonctionnalité augmentera le coût du système global.

Considérations pratiques sur la polarisation des antennes

Enfin, nous allons comprendre quelques considérations pratiques importantes que nous devons prendre en compte dans l'utilisation de la polarisation de l'antenne. Les principaux facteurs peuvent être résumés comme suit :

• Alignement et orientation corrects : Il s'agit d'un facteur crucial à prendre en compte car il affecte la clarté et la force du signal. En outre, il convient d'être très prudent lors de l'utilisation de liaisons de communication directionnelles.
• Atténuation de la discordance de polarisation : La discordance de polarisation peut éventuellement entraîner une défaillance dans la réception du signal correct. C'est pourquoi nous pouvons utiliser des techniques telles que la diversité de polarisation et la polarisation adaptative.
• Critères de sélection de l'antenne : Par exemple, la polarisation verticale est préférée dans les radios mobiles portables, c'est pourquoi l'antenne dipôle est montée verticalement. En outre, les antennes filaires peuvent être utilisées dans la gamme des hautes fréquences, et pour les signaux polarisés à plus haute fréquence, on utilise des méthodes de polarisation linéaire.

Tendances et développements futurs

Avec les progrès des communications 5G et 6G, nous pouvons constater une augmentation de la recherche sur les techniques de polarisation adaptative et l'utilisation de techniques d'apprentissage automatique dans les communications sans fil. En outre, la recherche sur les surfaces réfléchissantes intelligentes pour les antennes adaptatives est un autre domaine de recherche émergent dans l'industrie. Ces tendances de recherche peuvent contribuer aux systèmes de communication émergents facilitant les applications IoT (Internet des objets), les communications avec les drones et les réseaux véhiculaires.

Conclusion

En conclusion, nous pouvons voir que la polarisation est un concept important que nous devons comprendre pour traiter les applications impliquant des antennes et des systèmes de communication. Dans cet article, nous avons discuté de l'importance de la polarisation des antennes, des différents types et de leurs applications. Ce court article peut être utilisé comme référence pour comprendre le concept de polarisation.