Che cos'è la polarizzazione dell'antenna e perché è importante

La polarizzazione è un fenomeno importante, utile in diverse analisi delle onde elettromagnetiche (EM). La comprensione della polarizzazione gioca un ruolo importante nella trasmissione massima del segnale. La trasmissione massima del segnale è l'evento in cui la fedeltà del segnale viene preservata durante la trasmissione. Per ottenere la massima trasmissione del segnale, gli elementi dell'antenna trasmittente e ricevente devono mantenere la stessa polarizzazione dell'antenna. Se la polarizzazione non coincide, la potenza del segnale si riduce.

In questo articolo discuteremo dell'importanza di comprendere la polarizzazione dell'antenna. A tal fine, si discuterà una breve storia della polarizzazione, i tipi di polarizzazione dell'antenna e i fattori che influenzano la polarizzazione. Inoltre, esploreremo alcune delle applicazioni della polarizzazione d'antenna e il modo in cui vengono utilizzate in diversi ambiti. Questo articolo può servire come una breve e concisa guida completa alla polarizzazione dell'antenna.

Nozioni di base sulla polarizzazione delle antenne

Un'onda EM è costituita da due campi perpendicolari. Questi campi sono:

• Campo elettrico (campo E)
• Campo magnetico (campo H)

Questi due campi sono perpendicolari tra loro e alla direzione di propagazione dell'onda. La polarizzazione dell'antenna è definita in base all'orientamento del campo elettrico. Di conseguenza, possiamo definire la polarizzazione dell'antenna come l'orientamento del campo E dell'onda EM irradiata dall'antenna trasmittente. Si tratta di un concetto importante, poiché il campo E è importante quando si considera la potenza del segnale.
Per quanto riguarda la storia della polarizzazione delle antenne, James Maxwell è uno degli scienziati più influenti, che ha formulato le equazioni di Maxwell per descrivere la propagazione dell'onda EM e l'interazione tra campo E e campo H. Tuttavia, fu Heinrich Hertz a dimostrare sperimentalmente la polarizzazione utilizzando un'antenna a dipolo alla fine del 1880.

Una breve comprensione della definizione di polarizzazione dell'antenna e della storia della polarizzazione dell'antenna è necessaria per capire la relazione fondamentale tra la polarizzazione dell'antenna e le onde EM. Fondamentalmente, la polarizzazione dell'antenna può influenzare le onde EM,

• Potenza del segnale in ricezione
• Livello di interferenza del segnale dovuto a interferenze multipath e disadattamento di polarizzazione

Oltre a queste due idee fondamentali, la polarizzazione può anche limitare ampiamente la progettazione dell'antenna. Pertanto, prima di progettare un'antenna, è necessario conoscere bene la polarizzazione dell'antenna.

Tipi di polarizzazione dell'antenna

Esistono diversi tipi di modalità di polarizzazione dell'antenna a seconda delle circostanze, che dipendono dalle condizioni ambientali e dal design dell'antenna. Inoltre, a seconda dei vantaggi e degli svantaggi di ciascun tipo di polarizzazione d'antenna, essi vengono utilizzati in diverse forme di mezzi di comunicazione wireless.

Esistono tre tipi principali di polarizzazione dell'antenna, ovvero,

1. Polarizzazione lineare
2. Polarizzazione circolare
3. Polarizzazione ellittica

Polarizzazione orizzontale e verticale

Doppia polarizzazione obliqua

Polarizzazione lineare

La polarizzazione lineare è il tipo di polarizzazione più frequente nelle applicazioni pratiche. Nella polarizzazione lineare, tutta la radiazione trasmessa è confinata in un unico piano. Semplicemente, in questo caso il campo E oscillerà in una sola direzione. A seconda della direzione di oscillazione del campo E, esistono tre sottocategorie di polarizzazione lineare. Esse sono:

• Polarizzazione orizzontale - In questo caso il campo E oscilla da un lato all'altro e può essere captato dagli elementi orizzontali di un'antenna.
• Polarizzazione verticale - In questo caso il campo E oscilla verso l'alto e verso il basso e può essere captato da elementi verticali. Un vantaggio significativo dell'uso della polarizzazione verticale è che irradia in modo uniforme intorno al piano orizzontale.
• Polarizzazione obliqua - In questo caso il campo E oscilla ad angolo rispetto a un piano orizzontale o verticale. La polarizzazione obliqua può essere captata da elementi orizzontali e verticali di un'antenna.

Polarizzazione circolare

In questo caso, il campo E ruota durante la propagazione del segnale. Si tratta di una forma di polarizzazione complessa rispetto alla polarizzazione lineare, ampiamente utilizzata nelle applicazioni di comunicazione satellitare. Inoltre, affinché si verifichi la polarizzazione circolare, è necessario che siano soddisfatte tre condizioni. Esse sono:

• Il campo E deve avere due componenti vettoriali ortogonali
• Queste componenti vettoriali devono essere sfasate di 90 gradi.
• Queste componenti vettoriali devono essere di uguale grandezza

A seconda del senso di rotazione del campo E, si distinguono due tipi di polarizzazione circolare:

• Polarizzazione circolare destra (RHCP)
• Polarizzazione circolare sinistra (LHCP)

Polarizzazione ellittica

La polarizzazione ellittica è una miscela di polarizzazione lineare e circolare. Questo mix è dovuto alla mancata corrispondenza della grandezza delle componenti vettoriali ortogonali del campo E, descritta in precedenza nella polarizzazione circolare. Come la polarizzazione circolare, la polarizzazione ellittica è ampiamente utilizzata nelle comunicazioni satellitari e nei sistemi radar.

Fattori che influenzano la polarizzazione dell'antenna

Diversi fattori possono influenzare la polarizzazione dell'antenna, poiché le onde EM si propagano liberamente nello spazio. Tuttavia, possiamo restringere il campo ad alcuni fattori chiave che possono avere un'influenza sostanziale sulla polarizzazione dell'antenna. Questi fattori sono:

• Fattori ambientali: Il terreno è un fattore importante. A seconda della natura del terreno (urbano, rurale, ecc.), il grado di polarizzazione è influenzato dalla riflessione, dalla diffrazione e dalla dispersione del segnale. Inoltre, gli ostacoli presenti nell'ambiente possono interagire con il segnale attraverso la riflessione e l'assorbimento.
• Frequenza: La frequenza di trasmissione determina il grado di polarizzazione: le frequenze più alte sono più sensibili alla polarizzazione.
• Progettazione dell'antenna: Anche le dimensioni, la forma, l'orientamento e i diversi elementi dell'antenna possono influire sulla polarizzazione, in quanto determinano il modo in cui il segnale viene ricevuto e trasmesso.
• Considerazioni sulla propagazione del segnale: Anche altri fattori, come le condizioni atmosferiche e le distorsioni del canale, possono influenzare la polarizzazione.

Applicazioni della polarizzazione delle antenne

Avendo un'idea completa della polarizzazione dell'antenna, analizziamo ora alcune delle sue applicazioni più diffuse. Nei sistemi di comunicazione wireless, la polarizzazione viene utilizzata per ridurre le interferenze che possono verificarsi durante la trasmissione. Inoltre, il raggiungimento di una polarizzazione desiderabile aumenta la chiarezza e la potenza del segnale. Infine, nei sistemi di comunicazione wireless come le reti cellulari, la polarizzazione viene utilizzata per aumentare la capacità del canale ottenendo diversi tipi di polarizzazione all'interno dello stesso canale. Inoltre, nei sistemi RFID la polarizzazione può essere un fattore influente nel determinare la portata di lettura dei sistemi RFID a causa delle interferenze presenti nell'ambiente.

Inoltre, la polarizzazione circolare e la polarizzazione ellittica sono ampiamente utilizzate nei sistemi satellitari e radar a causa dell'elevato grado di interferenza in questi sistemi. Nel caso delle comunicazioni satellitari, l'introduzione della polarizzazione circolare può compensare efficacemente la distorsione del segnale che può verificarsi a causa della rotazione dei satelliti. Inoltre, questi due tipi di polarizzazione possono essere utilizzati anche per studiare il moto dei grandi corpi celesti in radioastronomia.

Diversità di polarizzazione

La diversità di polarizzazione è un caso speciale di polarizzazione in cui più versioni di un segnale vengono trasmesse e ricevute utilizzando diversi tipi di polarizzazione. Ciò è utile per attenuare il disallineamento di polarizzazione, poiché il segnale viene ricevuto in diversi tipi di polarizzazione. Inoltre, riduce la degradazione del segnale dovuta all'interferenza multipla.

Questa tecnica è utile per Sistemi MIMO perché ridurrà le dimensioni delle stazioni terminali MIMO e il numero di stazioni terminali MIMO. Antenne MIMO. Questo vantaggio si ottiene utilizzando diversi tipi di segnali polarizzati e basse correlazioni tra di essi. Tuttavia, nonostante il vantaggio della diversità di polarizzazione, il raggiungimento di questa funzionalità aumenterà il costo del sistema complessivo.

Considerazioni pratiche sulla polarizzazione delle antenne

Infine, cerchiamo di capire alcune importanti considerazioni pratiche da tenere in considerazione nell'utilizzo della polarizzazione dell'antenna. I fattori principali possono essere riassunti come segue:

• Allineamento e orientamento corretti: È un fattore cruciale da considerare, poiché influisce sulla chiarezza e sulla potenza del segnale. Inoltre, occorre prestare molta attenzione quando si utilizzano collegamenti di comunicazione direzionali.
• Attenuazione del disallineamento di polarizzazione: Il disallineamento di polarizzazione può causare la mancata ricezione del segnale corretto. Per questo motivo, si possono utilizzare tecniche come la diversità di polarizzazione e la polarizzazione adattiva.
• Criteri di selezione dell'antenna: Ad esempio, la polarizzazione verticale è preferita nelle radio portatili, quindi l'antenna a dipolo viene montata verticalmente. Inoltre, le antenne a filo possono essere utilizzate nella gamma delle alte frequenze, mentre per i segnali polarizzati a frequenze più elevate si utilizzano metodi di polarizzazione lineare.

Tendenze e sviluppi futuri

Con i progressi delle comunicazioni 5G e 6G, si assiste a un aumento della ricerca sulle tecniche di polarizzazione adattiva e sull'uso di tecniche di apprendimento automatico nelle comunicazioni wireless. Inoltre, la ricerca sulle superfici riflettenti intelligenti per le antenne adattive è un'altra area di ricerca emergente nel settore. Queste tendenze di ricerca possono contribuire ai sistemi di comunicazione emergenti che facilitano le applicazioni IoT (Internet of Things), le comunicazioni con i droni e le reti veicolari.

Conclusione

In conclusione, possiamo constatare che la polarizzazione è un concetto importante da comprendere per affrontare le applicazioni che coinvolgono le antenne e i sistemi di comunicazione. In questo articolo abbiamo discusso l'importanza della polarizzazione delle antenne, i diversi tipi e le loro applicazioni. Questo breve articolo può essere utilizzato come riferimento per comprendere il concetto di polarizzazione.