Les ingénieurs électroniciens savent que les antennes envoient et reçoivent des signaux sous la forme d'ondes d'énergie électromagnétique (EM) décrites par les équations de Maxwell. Comme pour de nombreux sujets, ces équations et les propriétés de propagation de l’électromagnétisme peuvent être étudiées à différents niveaux, depuis des termes relativement qualitatifs jusqu’à des équations complexes.
La propagation de l'énergie électromagnétique comporte de nombreux aspects, dont la polarisation, qui peut avoir différents degrés d'impact ou de préoccupation sur les applications et la conception de leurs antennes. Les principes de base de la polarisation s'appliquent à tous les rayonnements électromagnétiques, y compris l'énergie optique RF/sans fil, et sont souvent utilisés dans les applications optiques.
Qu'est-ce que la polarisation de l'antenne ?
Avant de comprendre la polarisation, il faut d’abord comprendre les principes de base des ondes électromagnétiques. Ces ondes sont composées de champs électriques (champs E) et de champs magnétiques (champs H) et se déplacent dans une seule direction. Les champs E et H sont perpendiculaires entre eux et à la direction de propagation des ondes planes.
La polarisation fait référence au plan du champ E du point de vue de l'émetteur de signal : pour la polarisation horizontale, le champ électrique se déplacera latéralement dans le plan horizontal, tandis que pour la polarisation verticale, le champ électrique oscillera de haut en bas dans le plan vertical. figure 1).
Figure 1 : Les ondes d'énergie électromagnétique sont constituées de composantes de champ E et H mutuellement perpendiculaires
Polarisation linéaire et polarisation circulaire
Les modes de polarisation incluent les éléments suivants :
En polarisation linéaire de base, les deux polarisations possibles sont orthogonales (perpendiculaires) l'une par rapport à l'autre (Figure 2). En théorie, une antenne de réception polarisée horizontalement ne « verra » pas un signal provenant d'une antenne polarisée verticalement et vice versa, même si les deux fonctionnent à la même fréquence. Mieux ils sont alignés, plus le signal est capturé et le transfert d’énergie est maximisé lorsque les polarisations correspondent.
Figure 2 : La polarisation linéaire offre deux options de polarisation à angle droit l'une par rapport à l'autre
La polarisation oblique de l'antenne est un type de polarisation linéaire. Comme la polarisation horizontale et verticale de base, cette polarisation n’a de sens que dans un environnement terrestre. La polarisation oblique forme un angle de ±45 degrés par rapport au plan de référence horizontal. Bien qu'il ne s'agisse en réalité que d'une autre forme de polarisation linéaire, le terme « linéaire » fait généralement référence uniquement aux antennes polarisées horizontalement ou verticalement.
Malgré certaines pertes, les signaux envoyés (ou reçus) par une antenne diagonale sont réalisables avec uniquement des antennes polarisées horizontalement ou verticalement. Les antennes à polarisation oblique sont utiles lorsque la polarisation de l'une ou des deux antennes est inconnue ou change pendant l'utilisation.
La polarisation circulaire (CP) est plus complexe que la polarisation linéaire. Dans ce mode, la polarisation représentée par le vecteur champ E tourne à mesure que le signal se propage. Lorsqu'elle est tournée vers la droite (en regardant depuis l'émetteur), la polarisation circulaire est appelée polarisation circulaire droite (RHCP) ; en cas de rotation vers la gauche, polarisation circulaire gauche (LHCP) (Figure 3)
Figure 3 : En polarisation circulaire, le vecteur champ E d'une onde électromagnétique tourne ; cette rotation peut être à droite ou à gauche
Un signal CP est constitué de deux ondes orthogonales déphasées. Trois conditions sont requises pour générer un signal CP. Le champ E doit être constitué de deux composantes orthogonales ; les deux composants doivent être déphasés de 90 degrés et d’amplitude égale. Un moyen simple de générer du CP consiste à utiliser une antenne hélicoïdale.
La polarisation elliptique (EP) est un type de CP. Les ondes polarisées elliptiquement sont le gain produit par deux ondes polarisées linéairement, comme les ondes CP. Lorsque deux ondes polarisées linéairement perpendiculaires avec des amplitudes inégales sont combinées, une onde polarisée elliptiquement est produite.
La désadaptation de polarisation entre les antennes est décrite par le facteur de perte de polarisation (PLF). Ce paramètre est exprimé en décibels (dB) et est fonction de la différence d'angle de polarisation entre les antennes d'émission et de réception. Théoriquement, le PLF peut aller de 0 dB (aucune perte) pour une antenne parfaitement alignée à l'infini dB (perte infinie) pour une antenne parfaitement orthogonale.
En réalité, cependant, l'alignement (ou le désalignement) de la polarisation n'est pas parfait car la position mécanique de l'antenne, le comportement de l'utilisateur, la distorsion du canal, les réflexions par trajets multiples et d'autres phénomènes peuvent provoquer une certaine distorsion angulaire du champ électromagnétique transmis. Initialement, il y aura 10 à 30 dB ou plus de « fuite » de polarisation croisée du signal provenant de la polarisation orthogonale, ce qui dans certains cas peut suffire à interférer avec la récupération du signal souhaité.
En revanche, le PLF réel pour deux antennes alignées avec une polarisation idéale peut être de 10 dB, 20 dB ou plus, selon les circonstances, et peut gêner la récupération du signal. En d’autres termes, la polarisation croisée involontaire et le PLF peuvent fonctionner dans les deux sens en interférant avec le signal souhaité ou en réduisant la force du signal souhaité.
Pourquoi se soucier de la polarisation ?
La polarisation fonctionne de deux manières : plus les deux antennes sont alignées et ont la même polarisation, meilleure est la force du signal reçu. À l’inverse, un mauvais alignement de polarisation rend plus difficile pour les récepteurs, qu’ils soient prévus ou insatisfaits, de capturer une quantité suffisante du signal d’intérêt. Dans de nombreux cas, le « canal » déforme la polarisation transmise, ou bien une ou les deux antennes ne sont pas dans une direction statique fixe.
Le choix de la polarisation à utiliser est généralement déterminé par l'installation ou les conditions atmosphériques. Par exemple, une antenne à polarisation horizontale fonctionnera mieux et conservera sa polarisation lorsqu'elle sera installée près du plafond ; à l’inverse, une antenne polarisée verticalement fonctionnera mieux et conservera ses performances de polarisation lorsqu’elle sera installée près d’un mur latéral.
L'antenne dipôle largement utilisée (simple ou pliée) est polarisée horizontalement dans son orientation de montage « normale » (Figure 4) et est souvent tournée de 90 degrés pour assumer une polarisation verticale lorsque cela est nécessaire ou pour prendre en charge un mode de polarisation préféré (Figure 5).
Figure 4 : Une antenne dipôle est généralement montée horizontalement sur son mât pour fournir une polarisation horizontale
Figure 5 : Pour les applications nécessitant une polarisation verticale, l'antenne dipôle peut être montée en conséquence là où l'antenne capte
La polarisation verticale est couramment utilisée pour les radios mobiles portables, telles que celles utilisées par les premiers intervenants, car de nombreuses conceptions d'antennes radio à polarisation verticale fournissent également un diagramme de rayonnement omnidirectionnel. Par conséquent, ces antennes n'ont pas besoin d'être réorientées même si la direction de la radio et de l'antenne change.
Les antennes haute fréquence (HF) de 3 à 30 MHz sont généralement construites sous forme de simples longs fils enfilés horizontalement entre des supports. Sa longueur est déterminée par la longueur d'onde (10 - 100 m). Ce type d'antenne est naturellement polarisé horizontalement.
Il convient de noter que le fait de qualifier cette bande de « haute fréquence » a commencé il y a des décennies, alors que 30 MHz était effectivement une haute fréquence. Bien que cette description semble désormais obsolète, il s’agit d’une désignation officielle de l’Union internationale des télécommunications et elle est encore largement utilisée.
La polarisation préférée peut être déterminée de deux manières : soit en utilisant des ondes de sol pour une signalisation à courte portée plus forte par un équipement de diffusion utilisant la bande d'ondes moyennes (MW) de 300 kHz à 3 MHz, soit en utilisant des ondes ionosphériques pour des distances plus longues via la liaison ionosphère. De manière générale, les antennes à polarisation verticale ont une meilleure propagation des ondes de sol, tandis que les antennes à polarisation horizontale ont de meilleures performances en matière d'ondes ionosphériques.
La polarisation circulaire est largement utilisée pour les satellites car l'orientation du satellite par rapport aux stations au sol et aux autres satellites change constamment. L'efficacité entre les antennes d'émission et de réception est plus grande lorsque les deux sont à polarisation circulaire, mais des antennes à polarisation linéaire peuvent être utilisées avec des antennes CP, bien qu'il existe un facteur de perte de polarisation.
La polarisation est également importante pour les systèmes 5G. Certains réseaux d'antennes 5G à entrées/sorties multiples (MIMO) atteignent un débit accru en utilisant la polarisation pour utiliser plus efficacement le spectre disponible. Ceci est obtenu en combinant différentes polarisations de signaux et un multiplexage spatial des antennes (diversité spatiale).
Le système peut transmettre deux flux de données car les flux de données sont connectés par des antennes indépendantes à polarisation orthogonale et peuvent être récupérés indépendamment. Même s'il existe une certaine polarisation croisée en raison de la distorsion du chemin et du canal, des réflexions, des trajets multiples et d'autres imperfections, le récepteur utilise des algorithmes sophistiqués pour récupérer chaque signal original, ce qui entraîne de faibles taux d'erreur sur les bits (BER) et finalement une meilleure utilisation du spectre.
en conclusion
La polarisation est une propriété importante de l’antenne qui est souvent négligée. La polarisation linéaire (y compris horizontale et verticale), la polarisation oblique, la polarisation circulaire et la polarisation elliptique sont utilisées pour différentes applications. La plage de performances RF de bout en bout qu'une antenne peut atteindre dépend de son orientation et de son alignement relatifs. Les antennes standard ont des polarisations différentes et conviennent à différentes parties du spectre, offrant ainsi la polarisation préférée pour l'application cible.
Produits recommandés :
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Paramètres | Typique | Unités |
| Gamme de fréquences | 20-30 | GHz |
| Gagner | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. | |
| Polarisation | Double Linéaire | |
| Traverser Pol. Isolement | 60 Typ. | dB |
| Isolation des ports | 70 Typ. | dB |
| Connecteur | SMA-Female | |
| Matériel | Al | |
| Finition | Peinture | |
| Taille(L*L*H) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Poids | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Article | Spécification | Unité |
| Gamme de fréquences | 1-18 | GHz |
| Gagner | 10 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Typ. | |
| Polarisation | Linéaire | |
| Traverser le Po. Isolement | 30 Typ. | dB |
| Connecteur | SMA-Femme | |
| Finition | Pn'est-ce pas | |
| Matériel | Al | |
| Taille(L*L*H) | 182,4*185,1*116,6(±5) | mm |
| Poids | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Paramètres | Typique | Unités |
| Gamme de fréquences | 2-18 | GHz |
| Gagner | 15 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.5 Typ. |
|
| Polarisation | Double Linéaire |
|
| Traverser Pol. Isolement | 40 | dB |
| Isolation des ports | 40 | dB |
| Connecteur | SMA-F |
|
| Traitement de surface | Pn'est-ce pas |
|
| Taille(L*L*H) | 276*147*147(±5) | mm |
| Poids | 0,945 | kg |
| Matériel | Al |
|
| Température de fonctionnement | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Paramètres | Typique | Unités |
| Gamme de fréquences | 93-95 | GHz |
| Gagner | 22 Typ. | dBi |
| VSWR | 1.3 Typ. |
|
| Polarisation | Double Linéaire |
|
| Traverser Pol. Isolement | 60 Typ. | dB |
| Isolation des ports | 67 Typ. | dB |
| Connecteur | WR10 |
|
| Matériel | Cu |
|
| Finition | Doré |
|
| Taille(L*L*H) | 69,3*19,1*21,2 (±5) | mm |
| Poids | 0,015 | kg |
Heure de publication : 11 avril 2024
