""

Особенности приема сигналов с круговой поляризацией

Содержание

Антенны эллептической поляризации.

Любая антенна, к примеру, “BOF-5xxx + Отражатель” имеет некий сектор излучения. Распространяясь в этом секторе, часть электро-магнитной энергии уходит в космос, не достигая антенны приёмника. Часть энергии, излучённая ниже уровня горизонта, попадает на поверхность земли. При этом энергия частично поглощается поверхностью, а частично отражается от земли. Этот, отражённый сигнал, так же попадает в приёмную антенну. Суммируясь в приёмной антенне с некоторым временным опозданием и со случайной фазой по отношению к основному сигналу, отражённый сигнал является значительной помехой.

Рис.1. Отражение от земли сигнала с линейной поляризацией и его приём абонентом. Пришедший на приёмную антенну отражённый сигнал является паразитным по отношению к основному сигналу.

Полностью избавиться от паразитного сигнала практически невозможно. Т.к. всегда какая-то часть отраженного от земли и окружающих предметов сигнала будет попадать в приёмную антенну. На поверхности земли всегда происходит многолучевое распространение радиосигнала.

Особенностью радиоволн с эллиптической поляризацией является то, что при отражении сигнала, меняется вектор его вращения на противоположный.

Рис.2. Изменение направления вращения при отражении эллиптически поляризованной волны.

Излучённый сигнал с правосторонним вращением после отражения будет вращаться влево. При линейной поляризации сигнал при отражении сохраняет свой вектор поляризации.

Рис.3. Изменение вектора поляризации при отражении радиоволны, имеющей эллиптическую поляризацию.

Антенны круговой поляризации не принимают сигнал противоположного вращения.

И поэтому на приёмной антенне, отражённый сигнал, теперь в противоположной поляризации, Э.Д.С не наведёт. Приёмная антенна просто не “увидит” этот сигнал.

При построении беспроводных каналов связи на антеннах круговой поляризации, следует учитывать особенность отражения сигнала в зеркальных антеннах. Применяя в такой антенне активный элемент, излучающий с правостороннем вращением поляризации (например, облучатель BOF-2xxx RHCP), от антенны Вы получите сигнал с левосторонним вектором вращения (LHCP).

Рис.4. Волна с круговой поляризацией меняет вектор направленности при отражении от параболического рефлектора.

Заметьте, что сменить поляризацию простым поворотом антенн на 90°, как Вы это могли делать с антеннами линейной поляризации, не получится. Вектор поляризации задается в процессе производства антенн и не может быть изменен пользователем.

А потому, продумайте конфигурацию Вашей сети и возможное её дальнейшее развитие (расширение) перед заказом оборудования.

Если сами затрудняетесь определиться какое оборудование Вам нужно – обратитесь к нам. Мы подберем Вам только нужное оборудование, работающее друг с другом. Минимальный набор оптимальных товаров, без “втирания” ненужного хлама.

Другое преимущество использования антенн с круговой поляризацией

В идеальных условиях, когда сигнал распространяется без препятствий, нет никакой разницы в том, как ориентирован в пространстве вектор поляризации сигнала.

В реальной же ситуации, существует масса препятствий, преград на пути распространения радиосигнала. Часть препятствий сигнал свободно проходит, на некоторых частично ослабляется, на третьих – полностью или частично отражается или безвозвратно поглощается.

На рисунке 5 наглядно показано распространение радиоволн с линейной поляризацией, на пути которых встречаются препятствия в виде ряда параллельных металлических стержней, расположенных вертикально и горизонтально.

Рис.5. Прохождение сигнала линейной поляризации через ряд параллельных металлических преград.

Радиоволны, имеющие вертикальную поляризацию полностью отражаются от вертикально ориентированных проводящих препятствий. Но при этом сигнал, имеющий горизонтальную поляризацию, практически без ослабления преодолевает это препятствие.

Напротив радиоволна, имеющая горизонтальную поляризацию, беспрепятственно проникает сквозь ряд вертикальных металлических преград.

Всего лишь одно препятствие, расположенное под углом в 45 градусов, наполовину ослабляет уровень сигнала. Причем это справедливо и для вертикальной, и для горизонтальной поляризации. (См. рис.6)

Рис. 6. Влияние на распространение сигнала помехи, расположенной под углом в 45 градусов.

В реальной практике преодолеть ряд вертикально и горизонтально ориентированных препятствий линейно поляризованная волна не может.

Ситуация хотя и кажется “лабораторной”, искусственно созданной, на практике является самой распространенной. Причем эти самые препятствия чаще не бывают строго ортогональными, а наоборот имеют гамму вариаций.

Рисунок 6 наглядно иллюстрирует изменения линейно поляризованного сигнал после прохождения сквозь всего лишь одного дерева:

Рис.6. Прохождение сигнала с линейной поляризацией сквозь крону всего одного дерева.

Обратите внимание на принимающую сторону. Сигнал на антенну приходит ослабленный; одновременно приходит переотраженный сигнал, причем не в фазе основного сигнала

Происходит не только многократные отражения сигнала, причём в разных направлениях, его рассеивание в пространстве, но и искажение вектора поляризации при отражении.

В итоге на приёмную антенну попадает многолучевой сигнал разнородный по уровню сигнала и по поляризации; имеющий случайную фазу и время задержки из-за разного пройденного расстояния.

Все сигналы, попавшие в приёмную антенну с опозданием от основного сигнала, становятся помехой (шумом).

Нередко в таких случаях, при очень высоком уровне принимаемого сигнала, устанавливается низкая канальная скорость. Вызвано это тем, что только простые виды модуляции могут безошибочно детектироваться в условиях многолучевого интерференционного приёма.

Можно ли как-то с этим бороться?

Единственное, что реально работает в подобных условиях – антенны с эллиптической поляризацией.

Их “дальнобойность и пробиваемость” объясняется особенностью прохождения радиоволн с вращающимся вектором поляризации сквозь препятствия.

Рис.7. Прохождение сигнала эллиптической поляризации через ряд преград. Наш “лабораторный” пример.

Мы видим, что при прохождении параллельно ориентированных препятствий, сигнал эллиптической поляризации теряет только половину своей энергии на отражение, причём абсолютно независимо от расположения этих препятствий. На практике сигнал эллиптической поляризации, как штопор сквозь пробку, проникает через “сложные” препятствия там, где линейная поляризация бессильна.

Рассмотрим на примере как будет проходить сигнал с эллиптической поляризацией сквозь то же самое дерево (что и в примере выше). И как этот сигнал будет восприниматься приёмной антенной.

Очевидно, что вне зависимости от вектора поляризации, переотражаться сигнал будет одинаково.

Т.е. на выходе из кроны мы увидим примерно одинаковую картину, как в случае с линейной поляризацией (см. рис.6), так и в случае с эллиптической поляризацией.

В распространении радиоволн эллиптической поляризации наблюдается точно такая же интерференция сигнала, как и в случае с линейно поляризованным сигналом. Однако, отраженные сигналы эллиптической поляризации приходят на антенну в противоположной поляризации, практически не оказывая никакого влияния на уровень основного сигнала, т.к. с ним не суммируются.

А все сигналы, пришедшие в одной поляризации с основным, суммируются, повышая общий уровень принятого сигнала. Они имеют разную временн у ю задержку, т.е. фазу (угол вхождения сигнала в антенну). На выходе антенны будет регистрироваться один сигнал с задержкой, определяемой векторным сложением. Причем этот выходной сигнал будет “гулять” только по уровню и по временной задержке.

Этими особенностями и обусловлена такая высокая “проникаемость” эллиптически поляризованного сигнала.

В реальных условиях системы MIMO “УМЕЮТ” ЛУЧШЕ развязывать каналы именно на эллиптической поляризации. А значит, в таких системах при работе на антеннах с круговой поляризацией выше скорость и стабильнее связь.

Главные преимущества антенн с эллиптической поляризацией:

  • Такие антенны предпочтительны в отсутствие прямой видимости. Очевидно, что сквозь металлический подземный бункер сигнал не пробьётся, но через растительность, решетки на окнах и т.п. пройдет с незначительным ослаблением.
  • Сигнал антенн с эллиптической поляризацией способен проникать как сквозь вертикальные, так и горизонтальные препятствия (и их “производные” под разными углами) с минимальными потерями уровня сигнала.
  • Переотраженный сигнал не оказывает практически никакого влияния на приём основного сигнала за счет смены поляризации при отражении от препятствий. Для приемной антенны отраженного сигнала просто не существует.
  • Но самым замечательным свойством антенн эллиптической поляризации является то, что все пришедшие сигналы суммируются по вектору. То есть антенна просуммирует все составляющие компоненты многолучевого сигнала с какой бы фазовой задержкой они не пришли на антенну.

Сравнивая на выходе линейную и эллиптическую поляризацию, мы увидим, что в эллиптической поляризации качение, величина задержки и скорость изменений будут меньше. Соответственно, меньше будет и скорость изменения уровня сигнала Это благоприятно сказывается на работе детекторов приёмника. Что на практике позволяет работать сетевым устройствам с большей скоростью и с меньшим количеством ошибок при передаче сигнала и при детектировании полезного сигнала в общем электромагнитном потоке

Несколько рекомендаций по применению антенн с эллиптической поляризацией:

1. Антенны с эллиптической поляризацией предпочтительно используйте только с аналогичными антеннами (с эллиптической поляризацией). Принимая сигнал антеннами линейной поляризации, Вы потеряете 3 dB. Но при этом антенна линейной поляризации может устанавливаться произвольно.
2. Используйте антенны с одинаковой поляризацией: или только с левосторонней (LHCP), или только с правосторонней (RHCP).
3. В зеркальных антеннах, необходим облучатель с противоположной поляризацией (см. рис.3).
4. В сильно зашумленном эфире, где велико количество беспроводных сетей и они создают взаимные помехи, целесообразно создавать новые сети именно на антеннах с эллиптической поляризацией. Чужие сети Вам будут мешать на 3 dB меньше, и Вы будете создавать им помехи на 3 dB меньше.

Читайте также:  Команда исследователей создала тонкие, эффективные и гибкие фотоэлементы

Особенности приема сигналов с круговой поляризацией

До появления проекта НТВ-Плюс российским энтузиастам спутникового телевидения редко приходилось сталкиваться с круговой поляризацией – наибольший интерес для индивидуального приема представляют европейские спутники с линейно поляризованным излучением. Однако особенности приема сигналов с круговой поляризацией ярко проявились с началом цифрового вещания НТВ-Плюс. При приеме сигнала со спутника BONUM-1 на ту же антенну, что используется для приема европейских спутников (с конвертором без деполяризатора), картинка “рассыпается” даже при очень большом уровне сигнала.

При приеме сигналов “старых” спутников ГАЛС, TDF-2 и Hot Bird на одну подвижную антенну деполяризатор был не нужен. Во-первых, сигнал ГАЛСов намного мощнее сигнала спутников Hot Bird и, даже с потерями 3 дБ, принимался не хуже. Во-вторых, несущие частоты транспондеров ГАЛСов и TDF-2 разнесены довольно далеко, не менее чем на 36 МГц (11767 LZ и 11803 RZ). Это больше, чем ширина полосы пропускания приемника (27 МГц), поэтому даже при одновременном приеме сигналов в обеих поляризациях без развязки они не перекрывались по частоте. Эта особенность позиции 36 градусов В.Д. успешно использовалась при коллективном приеме – для одновременного приема сигналов с правой и левой поляризацией использовалась антенна с запасом усиления 3 дБ (диаметр примерно в 1,5 раза больше минимально необходимого) и штатный конвертор НТВ-Плюс, из которого намеренно удалялся деполяризатор. Отпадала необходимость использовать спаренные конверторы, разделители поляризаций, мультисвитчинги и т. д.

Транспондеры спутника BONUM-1 расположены “вплотную”. Центральные частоты транспондеров с разной поляризацией разнесены всего на 19 МГц. При приеме сигнала, например, с правой круговой поляризацией часть мощности сигнала соседнего по частоте транспондера с левой круговой поляризацией попадет в полосу пропускания приемника. Такой сигнал не является полезным сигналом, следовательно, его можно рассматривать, как шум. Увеличение диаметра антенны в данном случае не улучшает качество приема, так как уровень шума растет пропорционально уровню сигнала.

У волны с круговой поляризацией вектор электрического поля имеет постоянную величину, но изменяет направление (вращается), делая один оборот на 360 градусов за один период несущей частоты. Можно представить волну с круговой поляризацией как сумму двух линейно поляризованных волн, векторы Е’ и E” которых расположены ортогонально, а фаза колебаний отличается на 90° (правая круговая поляризация) или на 270° (левая круговая поляризация).

На рис. 1 показан один период волны с круговой поляризацией. Вектор E’ расположен вертикально, а вектор E” – горизонтально. Из рисунка видно, что суммарный вектор Eкр постоянно изменяет свое направление, делая полный оборот за один период. Теперь предположим, что сигнал с круговой поляризацией будет приниматься на переключаемый конвертор. Так как его штыри расположены ортогонально (под углом 90 градусов), можно расположить векторы составляющих E’ и E” параллельно “вертикальному” и “горизонтальному” штырям конвертора соответственно. Нетрудно догадаться, что сигнал будет приниматься на оба штыря одинаково, составляющая E’ будет возбуждать штырь вертикальной поляризации, составляющая E” – штырь горизонтальной поляризации . Амплитуда каждого из векторов E’ и E” будет меньше амплитуды вектора Eкр в корень квадратный из 2 раз, т. е. потери по мощности составят 3 дБ (мощность сигнала разделится поровну между двумя штырями).

Чтобы избежать потерь при приеме сигнала с круговой поляризацией, используются устройства – деполяризаторы. Наиболее простой деполяризатор – диэлектрический. Он представляет собой секцию круглого волновода с диэлектрической пластиной внутри (рис. 2). Допустим, что в таком волноводе распространяется волна с круговой поляризацией. Разложим ее на две составляющих, направив вектор E’ параллельно пластине деполяризатора, а вектор E” – перпендикулярно ей. Фазовая скорость составляющей, вектор E’ которой направлен параллельно пластине, не изменится и останется равной скорости света С. Скорость же волны, вектор E” которой перпендикулярен пластине, будет больше или меньше скорости света, это зависит от размеров волновода, толщины и диэлектрической проницаемости материала пластины. Соответственно длина волны будет больше или меньше, чем длина волны в свободном пространстве. Необходимо задержать или ускорить составляющую E” таким образом, чтобы к концу секции деполяризатора обе составляющих E’ и E” отличались по фазе на 0 или на 180°. В этом случае на выходе деполяризатора они окажутся в фазе или в противофазе, и суммарный вектор будет иметь постоянное направление (45° по отношению к каждой составляющей, см. рис 2).

Таким образом, длина пластины подбирается с таким расчетом, чтобы задержка составляющей E” составляла 90°, т. е. количество длин волн составляющих E’ и E”, укладывающихся на длине пластины L, должно отличаться на Л/4. В конверторе Cambridge AE37 (штатный конвертор НТВ-Плюс) используется пластина из полистирола толщиной 1 мм и длиной 46 мм. Пластина располагается в волноводе таким образом, чтобы угол между плоскостью пластины и плоскостью, в которой расположен “вертикальный” штырь конвертора, составлял 45°. При таком расположении пластины деполяризатор преобразует волну с правой круговой поляризацией в волну с линейной вертикальной поляризацией, а волну с левой круговой – в волну с линейной горизонтальной.

Нетрудно убедиться, что деполяризатор – обратимое устройство. Если на входе секции деполяризатора присутствует линейно поляризованная волна, вектор Eл которой расположен под углом 45° к диэлектрической пластине, то на выходе секции волна приобретает круговую поляризацию. Как принимается сигнал с круговой поляризацией на переключаемый конвертор с двумя штырями, уже рассматривалось выше. Таким образом, если линейно поляризованный сигнал (например, со спутников Hot Bird) принимать на конвертор с деполяризатором, потери по мощности составят не менее 3 дБ, и сигналы обеих поляризаций (и вертикальной и горизонтальной) будут приниматься одинаково на оба штыря, мешая приему друг друга.

Заметим, что если диэлектрическую пластину расположить параллельно или перпендикулярно направлению вектора Е линейно поляризованной волны, она будет вносить минимальное затухание, не изменяя при этом направление поляризации. Значит, деполяризатор можно “отключить” на время приема спутника с линейной поляризацией, установив пластину параллельно штырю вертикальной поляризации (или перпендикулярно ему). Это можно сделать с помощью комбинации устройств “диэлектрический деполяризатор + механический или магнитный поляризатор”. При первоначальной настройке пластина деполяризатора устанавливается по направлению вектора Е вертикально поляризованной волны. Для приема сигналов с линейной поляризацией механическим поляризатором приемный штырь разворачивается параллельно или перпендикулярно пластине. Для приема сигналов с круговой поляризацией штырь устанавливается таким образом, чтобы угол между ним и плоскостью пластины составлял 45° в ту или иную сторону. Если используется магнитный поляризатор, штырь конвертора остается неподвижным, а направление поляризации линейно поляризованной волны (прошедшей параллельно или перпендикулярно пластине деполяризатора или сформированной из волны с круговой поляризацией) приводится магнитным поляризатором в плоскость штыря.

Использование обоих этих устройств связано с некоторыми ограничениями.

  • Для управления как магнитным, так и механическим поляризатором ресивер должен иметь соответствующий интерфейс. У цифровых ресиверов, за редкими исключениями (например, PRAXIS DVB9800 ADP), такого интерфейса нет. Для управления магнитным поляризатором в упрощенном варианте можно использовать выход ресивера 0 / 12 В с некоторыми доработками.
  • И тот и другой поляризаторы рассчитаны на работу с конверторами без переключения поляризации (с прямоугольным фланцем). Как правило, если такой конвертор двухдиапазонный, то гетеродины верхнего и нижнего диапазона переключаются напряжением питания 13 / 18 В. У большинства цифровых ресиверов этот управляющий сигнал используется только для переключения поляризации. Это обстоятельство сильно усложняет программирование ресивера.
  • Оба эти устройства вносят собственные потери от 0,2 до 0,5 дБ, уменьшая добротность приемной установки в целом.

В большинстве случаев выгоднее использовать для приема спутников в позиции 36,0 В.Д. отдельную антенну или отдельный конвертор. Все без исключения цифровые ресиверы поддерживают протокол DiSEqC, поэтому проблем с коммутацией антенн не возникнет.

Другие статьи по профессиональным ресиверам читайте тут – САТПРО

RCDetails Blog

О коптерах и не только

Антенна с круговой или с линейной поляризацией, что лучше для FPV?

Антенны можно разделить на категории по виду поляризации: линейная или круговая. В этой статье мы подробно рассмотрим различия между этими видами поляризации.

Виды поляризации

Поляризация определяет вид волн в пространстве. Этот термин очень часто употребляется при обсуждении FPV оборудования.

Линейная поляризация

В этом случае сигнал колеблется горизонтально или вертикально, но только в одной плоскости.

Большинство простых антенн дают линейную поляризацию сигнала: например, стоковые диполи (в комплекте с видео передатчиками и приемниками), или даже домашний Wifi.

Достоинства и недостатки линейной поляризации

Антенны линейной поляризации очень широко распространены благодаря простоте конструкции, что в самом примитивном виде дает просто кусок провода. Эти антенны имеют малый размер, низкую цену, их легко ремонтировать и собирать.

В общем и целом, линейная поляризация отлично подходит для больших расстояний, т.к. вся энергия будет сосредоточена в одной плоскости. Это преимущество не всегда проявляется из-за многолучевого распространения сигнала (многократные переотражения сигнала), но это мы обсудим чуть позже.

Для того чтобы получить максимальный уровень сигнала, антенны приемника и передатчика должны быть расположены параллельно (для максимального перекрытия излучения.

Читайте также:  Не выбрасывайте аккумулятор от ups

В самом крайнем случае, когда антенна приемника и антенна передатчика расположены под углом 90 градусов друг относительно друга — получаем наименьший уровень сигнала. Результат — потери сигнала в 30 дБ, это кросс поляризация.

Наши коптеры постоянно перемещаются в небе, поэтому невозможно держать антенны параллельно друг другу, следовательно, прием FPV сигнала будет не стабильным.

Круговая поляризация

При круговой поляризации сигнал распространяется в обоих плоскостях (в вертикальной и горизонтальной) со сдвигом фазы на 90 градусов, представить можно в виде штопора.

Посмотрим на наиболее часто используемые антенны для FPV.

Четырехлепестковый клевер (Skew-Planar Wheel antenna) — антенна круговой поляризации, имеет отличную устойчивость к отраженным сигналам. Обычно она используется там, где аэродинамическое сопротивление не критично. Как правило это антенна на приемнике, хотя и на передатчик ее тоже можно поставить.

Трехлепестковый клевер (The Cloverleaf antenna) — обычно используется на передатчиках. Можно комбинировать с четырехлепестковым клевером для увеличения радиуса приема и увеличения качества сигнала.

Достоинства и недостатки круговой поляризации

Сигнал с круговой поляризацией всегда попадает на антенну, т.е. вне зависимости от угла между антенной на квадрике и на приемнике. Именно поэтому антенны с круговой поляризацией — стандарт для FPV.

Еще одно достоинство антенн с круговой поляризацией — это возможность отсекать отраженный сигнал.

Многолучевое распространение сигнала — одна из главных причин плохого качества видео (изменение цвета, помехи, скрэмблированное изображение, двоение и т.п.). Так бывает, когда сигнал отражается от объектов и приходит с другой фазой, при этом смешиваясь с основным сигналом.

Круговая поляризация бывает, как левой (LHCP), так и правой (RHCP). На передатчике и приемнике должны быть антенны с одним и тем же направлением, иначе будет очень сильная потеря сигнала.

Круговая поляризация хорошо защищает от переотраженных сигналов, потому что, когда сигнал отражается от объекта, меняется направление поляризации. Т.е. антенна LHCP отсекает RHCP сигнал и наоборот (кросс поляризация).

Круговая поляризация света

Свет является одной из разновидностей электромагнитного излучения, поэтому его возможно охарактеризовать источником и направленностью. Кроме того, данное явление имеет двойственную природу: в одном пространстве оно представляет собой волну, а в другом – фотон.

Рисунок 1. Свет, поляризованный по кругу. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Поляризация света – это одно из важнейших свойств любого светового излучения, наблюдаемого в оптическом диапазоне.

При поляризации колебания частиц оптического вектора, направленных на поперечную поверхность, происходят в одной и той же плоскости. Другие составляющие в процессе отсекаются.

Так как свет – это электрическая и магнитная волна, то оно непосредственно зависит от электромагнитных осей напряженности.

Такие векторы всегда перпендикулярны друг к другу и создают условную среду, которая перпендикулярна основной линии распространения световой волны. Круговая поляризация света появляется в том случае, если все оси магнитной индукции и электрического поля движутся относительно направления пучка света.

Готовые работы на аналогичную тему

В свою очередь, при колебаниях напряженности электрического поля в одном и том же пространстве возникает плоско-поляризованная волна. Ее второе название, отражающее тот же самый физический процесс – «линейно поляризованная».

Особенности круговой поляризации

Круговая поляризация света – одно из распространенных проявлений поперечной линии по отношению к направлению распределении электромагнитных полей анизотропии.

Этот эффект наблюдается в результате “поперечности” колебаний осей напряженности магнитной и электрической волны, при которой появление осевая симметрия луча невозможно. В пространстве возникают выделенные направления колебаний осей в плоскости после анизотропии электромагнитной волны. Из-за взаимной ортогональности веществ для детального описания состояния внутренних колебаний в волне достаточно использовать принцип действия круговой поляризации, в качестве которого выбирают обычно ось напряжённости электрического поля.

Задай вопрос специалистам и получи
ответ уже через 15 минут!

Сущность физического явления круговой поляризации волны света ясна из следующих рассуждений. Рассмотрим две абсолютно плоские монохроматические волны, имеющие одинаковую интенсивность, располагающуюся вдоль вектора декартовой системы координат. При сложении всех показателей когерентных изменение получается волна, в которой конкретный вектор вращается вокруг своей оси.

В световой волне вращение вектора напряжённости, которое происходит в направлении против часовой стрелки, носит название поляризованной по левому кругу. Соответственно, волна света, вращение оси напряженности которой осуществляется по часовой стрелки, называется поляризованной по правому кругу.

Две произвольные световые волны, поляризованные по двум направлениям, не могут взаимодействовать между собой, так как в их совместном наблюдении не возникает интерференционной картины. Это считается основанием относить эти процессы к волнам с ортогональной, постоянной поляризацией.

Из сказанного выше следует метод получения плоского светового излучения с круговой поляризацией. Для этого нужно просто сложить две плоские линейно поляризованные оси в соответствующих направлениях световые волны.

Получение кругового поляризованного света

Как известно из гипотезы колебаний, определенное состояние поляризации возникает при взаимодействии двух монохроматических перпендикулярных световых волн, имеющие равные частоты и распространяющиеся строго в одном направлении. Этот процесс происходит при определенных соотношениях их амплитуд и разности фаз.

Из вышеизложенного следует, что для получения кругового поляризованного света необходимо:

  • получить две прямые перпендикулярные с одинаковыми амплитудами и монохроматические волны света равной частоты, движущиеся в одну сторону;
  • создать между этими волнами разность фазовых амплитуд;
  • пропустить линейно поляризованный свет с длиной волны через определенную плоскопараллельную пластинку толщиной, соответствующую параметрам кристалла.

В этом случае пластинка находится параллельно оптическому вектору. Круговая поляризованная световая волна во время попадания в тонкую пластинку, автоматически разбивается на две – обыкновенную и необыкновенную. Будучи линейно поляризованными, пучок света располагается во взаимно перпендикулярных средах, а волны приобретут на выходе из нее разность фаз.

Применение круговой поляризации

Чаще всего круговая поляризации используется для разработки различных оптических эффектов, а также в современном 3D-кинематографе, где это явление применяется для разделения ярких изображений, предназначенных левому и правому глазу.

Круговая поляризация внедряется в антеннах космических линий связи, так как для приёма сверхвысокого сигнала важно не только его положение устройства, а и плоскость приёмной и передающей частот. То есть вращение любого космического аппарата не повлияет на вероятность нормальной связи с ним. В наземных линиях зачастую применяется антенны линейной поляризации. Конструкцию круговой поляризации выполнить сложнее, так как само явление рассматривается только с точки зрения теорий. На практике задействуют антенны эллиптической поляризации – с правым или левым направлением вращения.

Круговая поляризация позволяет избегать двоение картинки при незначительных боковых наклонах головы и сохранять начальный стереоэффект. Также, данный эффект находит широкое применение в автомобилях: стекло фар всегда поляризовано в горизонтальной плоскости, а лобовое стекло — в вертикальной. Благодаря этому встречная машина не способна ослепить водителя ярким светом от фар.

Рисунок 2. Применение поляризации. Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Без круговой поляризации не обходятся и современные фильтры для фотоаппаратов, а также и стереокино, которое снимается специальными камерами. Для просмотра необходимы стерео-очки. Правый и левый глаз видит изображение так, как его передают два объектива камеры. Создаётся впечатление невероятного объема кадра. Если же посмотреть на монитор без специальных очков, то картинки будет не резкими и смазанным. Чтобы получить поляризованное и качественное изображение на объективы камер, обязательно надеваются соответствующие светофильтры.

Так и не нашли ответ
на свой вопрос?

Просто напиши с чем тебе
нужна помощь

Линейная поляризация и круговая, какая антенна лучше для квадрокоптера

Антенны для квадрокоптеров бывают 3 типов поляризации или простыми словами — 2 форм:

  • Поляризация линейная;
  • Поляризация эллиптическая;
  • Поляризация круговая.

Что такое антенна?

Антенна — металлическое устройство, способное преобразовывать и отправлять энергию высокочастотного колебания от передатчика во внешнюю среду (радиоволны), а также принимать эти частоты и преобразовывать их в высокочастотные колебания.

В этой статье мы подробно опишем, как они устроены и как работают, а также сделаем выбор в пользу одной из поляризаций, с которой можно без проблем летать на квадрокоптере, не опасаясь, что пропадет сигнал.

Типы поляризации

Линейная поляризация

Линейная поляризация — сигнал колеблется только в одной плоскости и только в одном направлении: вертикально или горизонтально.

Как это выглядит? Схема ниже:

Линейная поляризация. Gif Википедия.

Линейная поляризация. Gif Википедия.

Могу с уверенностью сказать, что вы уже имели дело с антеннами, у которых линейная поляризация. Посмотрите на фото ниже:

Роутер с антеннами линейной поляризации

Видеопередатчик с линейной антенной

Если вы уже собирали квадрокоптер, то наверняка видели в комплекте с видеопередатчиками такие антенны.

По факту это просто кусок провода, и на хороший прием можно особо не рассчитывать. Таким образом, этот тип антенн хорош только при направленном действии, то есть передатчик и приемник должны быть в одном направлении, параллельны.

Круговая поляризация

Круговая поляризация — сигнал колеблется в одном из направлений, в вертикальном или горизонтальном, но при этом описывает окружность. Вращение может быть и в левую сторону, и в правую.

Выглядит это вот так:

Круговая поляризация. Фото Википедия.

А сами антенны — это хорошо знакомые вам «клеверы», или их еще называют «грибовидные» антенны, при условии, конечно, что вы уже собирали сами квадрокоптер или просто уже знаете о видах антенн для дрона:

Клевер, антенна

Строение такой антенны:

Строение антенны «клевер»

Какой тип антенн использовать для квадрокоптера?

Почему не рекомендуется использовать на квадрокоптерах антенны с линейной поляризацией? Все дело в физике. Как уже говорилось выше, линейная поляризация работает в одной плоскости, и чтобы сигнал всегда был сильным, приемник (квадрокоптер) и передатчик (пульт) всегда должны быть параллельны. Но это невозможно из-за специфики полетов дрона. Например, сигнал будет очень плохим, если антенны приемника и передатчика будут под углом 90° друг к другу.

Читайте также:  Литий-ион своими руками

Другое дело с круговой поляризацией, у нее охват гораздо шире, уровень сигнала всегда будет на приемлемом уровне, поэтому все пилоты всегда меняют стандартные антенны на «клевер». На большие дроны-долголеты, которым нужна частота 1.2Ггц, ставят большие клеверы:

Клевер 1.2Ггц

Антенны типа «клевер» бывают с 3 лепестками и 4 лепестками:

Антенна клевер: 3 лепестка и 4 лепестка

Антенна с 4 лепестками обычно используется в качестве принимающей, а 3-лепестковая является универсальной и используется в обоих случаях (прием и отправка).

Выводы

Надеемся, мы смогли донести до вас эту информацию в простой форме. И запомните, для квадрокоптеров целесообразно использовать антенны с круговой поляризацией, типа «клевер». Если у вас остались вопросы, задавайте в комментариях.

Если вы нашли ошибку или ссылку, которая не работает, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Теория радиоволн: антенны

Помимо свойств радиоволн, необходимо тщательно подбирать антенны, для достижения максимальных показателей при приеме/передаче сигнала.
Давайте ближе познакомимся с различными типами антенн и их предназначением.

Антенны — преобразуют энергию высокочастотного колебания от передатчика в электромагнитную волну, способную распространяться в пространстве. Или в случае приема, производит обратное преобразование — электромагнитную волну, в ВЧ колебания.

Диаграмма направленности — графическое представление коэффициента усиления антенны, в зависимости от ориентации антенны в пространстве.

Антенны
Симметричный вибратор

В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен 1/4 длины волны.

Широко применяется для приема телевизионных передач, как самостоятельно, так и в составе комбинированных антенн.
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 0,375 метра.

Диаграмма направленности симметричного вибратора

В идеальных условиях, диаграмма направленности горизонтальной плоскости, представляет собой вытянутую восьмерку, расположенную перпендикулярно антенне. В вертикальной плоскости, диаграмма представляет собой окружность.
В реальных условиях, на горизонтальной диаграмме присутствуют четыре небольших лепестка, расположенных под углом 90 градусов друг к другу.
Из диаграммы можем сделать вывод о том, как располагать антенну, для достижения максимального усиления.

В случае не правильно подобранной длины вибратора, диаграмма направленности примет следующий вид:

Основное применение, в диапазонах коротких, метровых и дециметровых волн.

Несимметричный вибратор

Или попросту штыревая антенна, представляет из себя «половину» симметричного вибратора, установленного вертикально.
В качестве длины вибратора, применяют 1, 1/2 или 1/4 длины волны.

Диаграмма направленности следующая:

Представляет собой рассеченную вдоль «восьмерку». За счет того, что вторая половина «восьмерки» поглощается землей, коэффициент направленного действия у несимметричного вибратора в два раза больше, чем у симметричного, за счет того, что вся мощность излучается в более узком направлении.
Основное применение, в диапазонах ДВ, КВ, СВ, активно устанавливаются в качестве антенн на транспорте.

Наклонная V-образная

Конструкция не жесткая, собирается путем растягивания токопроводящих элемементов на кольях.
Имеет смещение диаграммы направленности в стороны противоположную острию буквы V

Применяется для связи в КВ диапазоне. Является штатной антенной военных радиостанций.

Антенна бегущей волны

Также имеет название — антенна наклонный луч.

Представляет из себя наклонную растяжку, длина которой в несколько раз больше длины волны. Высота подвеса антенны от 1 до 5 метров, в зависимости от диапазона работы.
Диаграмма направленности имеет ярко выраженный направленный лепесток, что говорит о хорошем усилении антенны.

Широко применяется в военных радиостанциях в КВ диапазоне.
В развернутом и свернутом состоянии выглядит так:

Антенна волновой канал


Здесь: 1 — фидер, 2 — рефлектор, 3 — директоры, 4 — активный вибратор.

Антенна с параллельными вибраторами и директорами, близкими к 0,5 длины волны, расположенными вдоль линии максимального излучения. Вибратор — активный, к нему подводятся ВЧ колебания, в директорах, наводятся ВЧ токи за счет поглощения ЭМ волны. Расстояние между рифлектором и директорами подпирается таким образом, чтобы при совпадении фаз ВЧ токов образовывался эффект бегущей волны.

За счет такой конструкции, антенна имеет явную направленность:

Рамочная антенна

Применяется для приема ТВ программ дециметрового диапазона.

Как разновидность — рамочная антенна с рефлектором:

Логопериодическая антенна

Свойства усиления большинства антенн сильно меняются в зависимости от длины волны. Одной из антенн, с постоянной диаграммой направленности на разных частотах, является ЛПА.

Отношение максимальной к минимальной длине волн для таких антенн превышает 10 — это довольно высокий коэффициент.
Такой эффект достигается применением разных по длине вибраторов, закрепленных на параллельных несущих.
Диаграмма направленности следующая:

Активно применяется в сотовой связи при строительстве репитеров, используя способность антенн, принимать сигналы сразу в нескольких частотных диапазонах: 900, 1800 и 2100 МГц.

Поляризация

Поляризация — это направленность вектора электрической составляющей электромагнитной волны в пространстве.
Различают: вертикальную, горизонтальную и круговую поляризацию.


Поляризация зависит от типа антенны и ее расположения.
К примеру, вертикально расположенный несимметричный вибратор, дает вертикальную поляризацию, а горизонтально расположенный — горизонтальную.

Антенны горизонтальной поляризации дают больший эффект, т.к. природные и индустриальные помехи, имеют в основном вертикальную поляризацию.
Горизонтально поляризованные волны, отражаются от препятствий менее интенсивно, чем вертикально.
При распространении вертикально поляризованных волн, земная поверхность поглощает на 25% меньше их энергии.

При прохождении ионосферы, происходит вращение плоскости поляризации, как следствие, на приемной стороне не совпадает вектор поляризации и КПД приемной части падает. Для решения проблемы, применяют круговую поляризацию.

Все эти факторы факторы следует учитывать при расчете радиолиний с максимальной эффективностью.

Редакторский дайджест

Присылаем лучшие статьи раз в месяц

Скоро на этот адрес придет письмо. Подтвердите подписку, если всё в силе.

  • Скопировать ссылку
  • Facebook
  • Twitter
  • ВКонтакте
  • Telegram
  • Pocket

Похожие публикации

  • 12 апреля 2017 в 15:43

Антифрод. Закон. Сотовая связь: мои вопросы

Как избежать самовозбуждения усилителя сотовой связи

Излучение сотовой связи: опасно?

Вопросы и ответы

Какой алгоритм работы и конструкция power банков?

Не подключается беспроводная мышка,что делать?

Можно ли в Sony WF1000MX3 включить сопряжение при открытии крышке кейса?

Радиомост на производстве?

WDS на mikrotik hAP ac2 в обоих диапазонах?

AdBlock похитил этот баннер, но баннеры не зубы — отрастут

Комментарии 45

Ждем статью изготовление и упрощенный расчет антенн дома.

Интересная статья, но хотелось бы по больше практических знаний скажем для радио любителей и скажем готовые расчеты для типовых антенн для свободных(без лицензионных) частот 433/868/2400 МГц.

Тьфю, сам проглядел:
1- фидер, 2-рефлектор, 4 — активный вибратор, 3- директоры.

Странная нумерация на картинке 🙂

информации, что полезного можно почерпнуть из диаграммы направленности

Куда самый узкий лепесток вытянут — туда основная мощща передатчика и бьёт

как могут наушники быть антенной для приема FM-радиостанций (как-то подбирается длина шнура?)

вопрос непонятен, потому и ответ такой: длина никак не подбирается, для fm-диапазон (88-108 МГц) достаточно длины проводника около 1м. А наушники служат антенной, т.к. просто заведены на УВЧ приёмника.

как делают антенны WiFi из банок для кофе

Симметричный вибратор
В простейшем случае состоит из двух токопроводящих отрезков, каждый из которых равен длине волны(1/2 или 1/4)
Так, к примеру, если диапазон метровых волн телепередач проходит через отметку 200 МГц, то длина волны будет равна 1,5 м.
Каждый отрезок симметричного вибратора будет равен 1,5 метра.

Когда-то интересовался телевизионными и УКВ-радиовещательными антеннами. Что-то не припомню, чтобы где-либо рекомендовались симметричные вибраторы общей длинной отличной от половины длинны волны. На картинке в статье изображен полуволновой разрезной вибратор, где четко указана его длина — λ/2, где λ-это длина волны.

Точно помню, как сам делал радиоантенну для УКВ радио на 88-107МГц, то брал за середину 100МГц, (с усилителем и приемником Т-7111 слушал рижские FM-радиостанции на удалении 150Км «в яме») общая длина вибратора получалась 1,5м (длина волны(м)=300/частота(МГц))

Нынче термин«Волновой канал» редко встречается, чаще такие антенны называют «яги» или Yagi.

Диаграммы симетричного вибратора, в зависимости от длины уса

КУ вы уже написали — 15 dBi
dBi — коэффициент усиления в децибелах по отношению к не направленной антенне (изотропной).
А выбирать готовую антенну нужно по следующим параметрам
1) Коэффициент усиления — чем больше тем лучше
2) Раскрыв главного лепестка в горизонтальной и вертикальной плоскости (указывается в градусах, направление максимально излучения). Тут выбирать исходя из задач и размещения, так же следует помнить, что чем уже луч — тем больше КУ.
3) Рабочая полоса частот (должна соответствовать полосе частот сигнала)
4) входное сопротивление антенны (должно быть точно равно выходному сопротивлению передатчика). В случае рассогласования входного и выходного сопротивлений, в лучшем случае снизится эффективность антенны, в худшем можно повредить выходные каскады передатчика.

Для Wi-Fi бытовых антенн последние два параметра по умолчанию согласованы с сетевыми картами (разве что диапазон придется выбрать 2,4 или 5 ГГц, но последний в Украине запрещен, не знаю как у вас). Так же следует помнить, что Wi-FI карта — это приемопередатчик и кроме антенны обращать внимание на мощность передатчика и чувствительность приемника (обычно задаются в dBm (дБм), чем больше первое и чем меньше второе — тем выше качество сигнала получится в итоге.

Рейтинг
( Пока оценок нет )
Загрузка ...
×
×
Adblock
detector