इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियर जानते हैं कि एंटेना मैक्सवेल के समीकरणों द्वारा वर्णित विद्युत चुम्बकीय (EM) ऊर्जा की तरंगों के रूप में सिग्नल भेजते और प्राप्त करते हैं। कई अन्य विषयों की तरह, इन समीकरणों और विद्युत चुंबकत्व के प्रसार और गुणों का अध्ययन विभिन्न स्तरों पर किया जा सकता है, अपेक्षाकृत गुणात्मक शब्दों से लेकर जटिल समीकरणों तक।
विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा संचरण के कई पहलू हैं, जिनमें से एक है ध्रुवीकरण, जिसका अनुप्रयोगों और उनके एंटीना डिज़ाइनों पर अलग-अलग प्रभाव या चिंता हो सकती है। ध्रुवीकरण के मूल सिद्धांत सभी विद्युत चुम्बकीय विकिरणों पर लागू होते हैं, जिनमें आरएफ/वायरलेस, ऑप्टिकल ऊर्जा शामिल है, और अक्सर ऑप्टिकल अनुप्रयोगों में उपयोग किए जाते हैं।
एंटीना ध्रुवीकरण क्या है?
ध्रुवीकरण को समझने से पहले, हमें विद्युत चुम्बकीय तरंगों के मूल सिद्धांतों को समझना होगा। ये तरंगें विद्युत क्षेत्रों (E क्षेत्र) और चुंबकीय क्षेत्रों (H क्षेत्र) से बनी होती हैं और एक ही दिशा में गति करती हैं। E और H क्षेत्र एक-दूसरे के लंबवत होते हैं और समतल तरंग संचरण की दिशा के लंबवत होते हैं।
ध्रुवीकरण, सिग्नल ट्रांसमीटर के परिप्रेक्ष्य से ई-क्षेत्र तल को संदर्भित करता है: क्षैतिज ध्रुवीकरण के लिए, विद्युत क्षेत्र क्षैतिज तल में बग़ल में चलेगा, जबकि ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण के लिए, विद्युत क्षेत्र ऊर्ध्वाधर तल में ऊपर और नीचे दोलन करेगा। (चित्र 1)।
चित्र 1: विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा तरंगें परस्पर लंबवत E और H क्षेत्र घटकों से बनी होती हैं
रैखिक ध्रुवीकरण और वृत्तीय ध्रुवीकरण
ध्रुवीकरण मोड में निम्नलिखित शामिल हैं:
मूल रैखिक ध्रुवीकरण में, दो संभावित ध्रुवीकरण एक दूसरे के लंबवत (लंबवत) होते हैं (चित्र 2)। सिद्धांत रूप में, एक क्षैतिज ध्रुवीकृत अभिग्राही एंटीना एक ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटीना से आने वाले सिग्नल को "नहीं देख" पाएगा और इसके विपरीत, भले ही दोनों एक ही आवृत्ति पर संचालित हों। वे जितने बेहतर संरेखित होंगे, उतना ही अधिक सिग्नल कैप्चर होगा, और ध्रुवीकरणों के मेल से ऊर्जा स्थानांतरण अधिकतम होगा।
चित्र 2: रैखिक ध्रुवीकरण एक दूसरे से समकोण पर दो ध्रुवीकरण विकल्प प्रदान करता है
एंटीना का तिर्यक ध्रुवीकरण एक प्रकार का रैखिक ध्रुवीकरण है। मूल क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण की तरह, यह ध्रुवीकरण केवल स्थलीय वातावरण में ही उपयोगी होता है। तिर्यक ध्रुवीकरण क्षैतिज संदर्भ तल से ±45 डिग्री के कोण पर होता है। हालाँकि यह वास्तव में रैखिक ध्रुवीकरण का ही एक अन्य रूप है, "रैखिक" शब्द आमतौर पर केवल क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटेना को ही संदर्भित करता है।
कुछ नुकसानों के बावजूद, विकर्ण एंटीना द्वारा भेजे (या प्राप्त) सिग्नल केवल क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटीना के साथ ही संभव हैं। तिर्यक ध्रुवीकृत एंटीना तब उपयोगी होते हैं जब एक या दोनों एंटीना का ध्रुवीकरण अज्ञात हो या उपयोग के दौरान बदल जाए।
वृत्ताकार ध्रुवीकरण (CP) रैखिक ध्रुवीकरण से अधिक जटिल है। इस विधा में, E क्षेत्र सदिश द्वारा दर्शाया गया ध्रुवीकरण सिग्नल के संचरण के साथ घूमता है। दाईं ओर घुमाए जाने पर (ट्रांसमीटर से बाहर देखते हुए), वृत्ताकार ध्रुवीकरण को दाएँ-हस्त वृत्ताकार ध्रुवीकरण (RHCP) कहा जाता है; बाईं ओर घुमाए जाने पर, बाएँ-हस्त वृत्ताकार ध्रुवीकरण (LHCP) कहा जाता है (चित्र 3)।
चित्र 3: वृत्तीय ध्रुवीकरण में, विद्युत चुम्बकीय तरंग का E क्षेत्र सदिश घूमता है; यह घूर्णन दाएँ-हस्त या बाएँ-हस्त हो सकता है
एक CP सिग्नल में दो ऑर्थोगोनल तरंगें होती हैं जो कला से बाहर होती हैं। CP सिग्नल उत्पन्न करने के लिए तीन स्थितियाँ आवश्यक हैं। E क्षेत्र में दो ऑर्थोगोनल घटक होने चाहिए; दोनों घटक कला से 90 डिग्री बाहर और समान आयाम के होने चाहिए। CP उत्पन्न करने का एक सरल तरीका एक हेलिकल एंटीना का उपयोग करना है।
दीर्घवृत्तीय ध्रुवीकरण (EP) CP का एक प्रकार है। दीर्घवृत्तीय ध्रुवीकृत तरंगें दो रैखिक ध्रुवीकृत तरंगों, जैसे CP तरंगों, द्वारा उत्पन्न लाभ हैं। जब असमान आयामों वाली दो परस्पर लंबवत रैखिक ध्रुवीकृत तरंगों को संयोजित किया जाता है, तो एक दीर्घवृत्तीय ध्रुवीकृत तरंग उत्पन्न होती है।
एंटेना के बीच ध्रुवीकरण बेमेल को ध्रुवीकरण हानि कारक (PLF) द्वारा वर्णित किया जाता है। यह पैरामीटर डेसिबल (dB) में व्यक्त किया जाता है और यह संचारक और प्राप्तकर्ता एंटेना के बीच ध्रुवीकरण कोण के अंतर का एक फलन है। सैद्धांतिक रूप से, PLF एक पूर्णतः संरेखित एंटेना के लिए 0 dB (कोई हानि नहीं) से लेकर एक पूर्णतः ऑर्थोगोनल एंटेना के लिए अनंत dB (अनंत हानि) तक हो सकता है।
हालाँकि, वास्तव में, ध्रुवीकरण का संरेखण (या असंरेखण) पूर्ण नहीं होता क्योंकि एंटीना की यांत्रिक स्थिति, उपयोगकर्ता का व्यवहार, चैनल विरूपण, बहुपथ परावर्तन, और अन्य घटनाएँ प्रेषित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में कुछ कोणीय विकृति उत्पन्न कर सकती हैं। शुरुआत में, ऑर्थोगोनल ध्रुवीकरण से सिग्नल क्रॉस-पोलराइज़ेशन का 10 - 30 dB या उससे अधिक "रिसाव" होगा, जो कुछ मामलों में वांछित सिग्नल की पुनर्प्राप्ति में बाधा डालने के लिए पर्याप्त हो सकता है।
इसके विपरीत, आदर्श ध्रुवीकरण वाले दो संरेखित एंटेना के लिए वास्तविक पीएलएफ परिस्थितियों के आधार पर 10 डीबी, 20 डीबी या उससे अधिक हो सकता है, और सिग्नल रिकवरी में बाधा उत्पन्न कर सकता है। दूसरे शब्दों में, अनपेक्षित क्रॉस-पोलराइजेशन और पीएलएफ दोनों तरह से काम कर सकते हैं, वांछित सिग्नल में बाधा डालकर या वांछित सिग्नल शक्ति को कम करके।
ध्रुवीकरण की चिंता क्यों करें?
ध्रुवीकरण दो तरह से काम करता है: दो एंटेना जितने ज़्यादा संरेखित होंगे और उनका ध्रुवीकरण जितना समान होगा, प्राप्त सिग्नल की शक्ति उतनी ही बेहतर होगी। इसके विपरीत, खराब ध्रुवीकरण संरेखण, रिसीवरों के लिए, चाहे वे इच्छित हों या असंतुष्ट, पर्याप्त मात्रा में वांछित सिग्नल प्राप्त करना अधिक कठिन बना देता है। कई मामलों में, "चैनल" प्रेषित ध्रुवीकरण को विकृत कर देता है, या एक या दोनों एंटेना एक निश्चित स्थिर दिशा में नहीं होते हैं।
किस ध्रुवीकरण का उपयोग करना है, यह आमतौर पर स्थापना या वायुमंडलीय परिस्थितियों द्वारा निर्धारित होता है। उदाहरण के लिए, छत के पास स्थापित होने पर एक क्षैतिज ध्रुवीकृत एंटीना बेहतर प्रदर्शन करेगा और अपना ध्रुवीकरण बनाए रखेगा; इसके विपरीत, एक ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटीना एक पार्श्व दीवार के पास स्थापित होने पर बेहतर प्रदर्शन करेगा और अपना ध्रुवीकरण बनाए रखेगा।
व्यापक रूप से प्रयुक्त द्विध्रुवीय ऐन्टेना (सादा या मुड़ा हुआ) अपने "सामान्य" आरोहण अभिविन्यास (चित्र 4) में क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत होता है और आवश्यकता पड़ने पर ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण ग्रहण करने या पसंदीदा ध्रुवीकरण मोड का समर्थन करने के लिए अक्सर 90 डिग्री घुमाया जाता है (चित्र 5)।
चित्र 4: एक द्विध्रुवीय एंटीना आमतौर पर क्षैतिज ध्रुवीकरण प्रदान करने के लिए अपने मस्तूल पर क्षैतिज रूप से लगाया जाता है
चित्र 5: ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए, द्विध्रुवीय एंटीना को तदनुसार माउंट किया जा सकता है जहां एंटीना पकड़ता है
ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण का उपयोग आमतौर पर हैंडहेल्ड मोबाइल रेडियो के लिए किया जाता है, जैसे कि प्रथम प्रतिक्रियाकर्ताओं द्वारा उपयोग किए जाने वाले रेडियो, क्योंकि कई ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत रेडियो एंटीना डिज़ाइन भी एक सर्वदिशात्मक विकिरण पैटर्न प्रदान करते हैं। इसलिए, रेडियो और एंटीना की दिशा बदलने पर भी ऐसे एंटेना को पुनः दिशा देने की आवश्यकता नहीं होती है।
3 - 30 मेगाहर्ट्ज उच्च आवृत्ति (HF) वाले एंटेना आमतौर पर ब्रैकेट के बीच क्षैतिज रूप से जुड़े हुए साधारण लंबे तारों के रूप में बनाए जाते हैं। इसकी लंबाई तरंगदैर्ध्य (10 - 100 मीटर) द्वारा निर्धारित होती है। इस प्रकार के एंटेना स्वाभाविक रूप से क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत होते हैं।
यह ध्यान देने योग्य है कि इस बैंड को "उच्च आवृत्ति" कहना दशकों पहले शुरू हुआ था, जब 30 मेगाहर्ट्ज वास्तव में उच्च आवृत्ति थी। हालाँकि यह विवरण अब पुराना लगता है, यह अंतर्राष्ट्रीय दूरसंचार संघ द्वारा एक आधिकारिक पदनाम है और अभी भी व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है।
पसंदीदा ध्रुवीकरण दो तरीकों से निर्धारित किया जा सकता है: या तो 300 kHz - 3 MHz मध्यम तरंग (MW) बैंड का उपयोग करके प्रसारण उपकरणों द्वारा कम दूरी के सिग्नलिंग के लिए भू-तरंगों का उपयोग करके, या आयनमंडल लिंक के माध्यम से लंबी दूरी के लिए आकाश तरंगों का उपयोग करके। सामान्यतः, ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटेना में भू-तरंग संचरण बेहतर होता है, जबकि क्षैतिज ध्रुवीकृत एंटेना में आकाश तरंगों का प्रदर्शन बेहतर होता है।
उपग्रहों के लिए वृत्ताकार ध्रुवीकरण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि भू-स्टेशनों और अन्य उपग्रहों के सापेक्ष उपग्रह का अभिविन्यास लगातार बदलता रहता है। प्रेषण और प्राप्तकर्ता एंटेना के बीच दक्षता तब सबसे अधिक होती है जब दोनों वृत्ताकार ध्रुवीकृत होते हैं, लेकिन रैखिक ध्रुवीकृत एंटेना का उपयोग CP एंटेना के साथ भी किया जा सकता है, हालाँकि इसमें ध्रुवीकरण हानि कारक होता है।
5G प्रणालियों के लिए ध्रुवीकरण भी महत्वपूर्ण है। कुछ 5G बहु-इनपुट/बहु-आउटपुट (MIMO) एंटीना सरणियाँ उपलब्ध स्पेक्ट्रम का अधिक कुशलता से उपयोग करने के लिए ध्रुवीकरण का उपयोग करके बढ़ी हुई थ्रूपुट प्राप्त करती हैं। यह विभिन्न सिग्नल ध्रुवीकरणों और एंटीना के स्थानिक बहुसंकेतन (स्पेस डायवर्सिटी) के संयोजन का उपयोग करके प्राप्त किया जाता है।
सिस्टम दो डेटा स्ट्रीम प्रसारित कर सकता है क्योंकि डेटा स्ट्रीम स्वतंत्र ऑर्थोगोनली पोलराइज़्ड एंटेना द्वारा जुड़ी होती हैं और इन्हें स्वतंत्र रूप से पुनर्प्राप्त किया जा सकता है। भले ही पथ और चैनल विरूपण, परावर्तन, मल्टीपाथ और अन्य खामियों के कारण कुछ क्रॉस-पोलराइज़ेशन मौजूद हो, रिसीवर प्रत्येक मूल सिग्नल को पुनर्प्राप्त करने के लिए परिष्कृत एल्गोरिदम का उपयोग करता है, जिसके परिणामस्वरूप कम बिट त्रुटि दर (BER) और अंततः बेहतर स्पेक्ट्रम उपयोग होता है।
निष्कर्ष के तौर पर
ध्रुवीकरण एंटीना का एक महत्वपूर्ण गुण है जिसे अक्सर अनदेखा कर दिया जाता है। रैखिक (क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर सहित) ध्रुवीकरण, तिर्यक ध्रुवीकरण, वृत्तीय ध्रुवीकरण और दीर्घवृत्तीय ध्रुवीकरण का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। एक एंटीना द्वारा प्राप्त अंत-से-अंत रेडियो फ्रीक्वेंसी (RF) प्रदर्शन की सीमा उसके सापेक्ष अभिविन्यास और संरेखण पर निर्भर करती है। मानक एंटेना में विभिन्न ध्रुवीकरण होते हैं और वे स्पेक्ट्रम के विभिन्न भागों के लिए उपयुक्त होते हैं, जिससे लक्षित अनुप्रयोग के लिए पसंदीदा ध्रुवीकरण प्राप्त होता है।
अनुशंसित उत्पाद：
| RM-डीपीएचए2030-15 | ||
| पैरामीटर | ठेठ | इकाइयों |
| आवृति सीमा | 20-30 | गीगा |
| पाना | 15 प्रकार | dBi |
| वीएसडब्ल्यूआर | 1.3 प्रकार | |
| ध्रुवीकरण | दोहरी रेखीय | |
| क्रॉस पोल. अलगाव | 60 प्रकार | dB |
| बंदरगाह अलगाव | 70 प्रकार | dB |
| योजक | एसएमए-Fमहिला | |
| सामग्री | Al | |
| परिष्करण | रँगना | |
| आकार(एल*डब्ल्यू*एच) | 83.9*39.6*69.4(±5) | mm |
| वज़न | 0.074 | kg |
| RM-बीडीएचए118-10 | ||
| वस्तु | विनिर्देश | इकाई |
| आवृति सीमा | 1-18 | गीगा |
| पाना | 10 प्रकार | dBi |
| वीएसडब्ल्यूआर | 1.5 प्रकार | |
| ध्रुवीकरण | रेखीय | |
| क्रॉस पो. अलगाव | 30 प्रकार | dB |
| योजक | SMA-महिला | |
| परिष्करण | Pनहीं | |
| सामग्री | Al | |
| आकार(एल*डब्ल्यू*एच) | 182.4*185.1*116.6(±5) | mm |
| वज़न | 0.603 | kg |
| RM-सीडीपीएचए218-15 | ||
| पैरामीटर | ठेठ | इकाइयों |
| आवृति सीमा | 2-18 | गीगा |
| पाना | 15 प्रकार | dBi |
| वीएसडब्ल्यूआर | 1.5 प्रकार |
|
| ध्रुवीकरण | दोहरी रेखीय |
|
| क्रॉस पोल. अलगाव | 40 | dB |
| बंदरगाह अलगाव | 40 | dB |
| योजक | एसएमए-एफ |
|
| सतह का उपचार | Pनहीं |
|
| आकार(एल*डब्ल्यू*एच) | 276*147*147(±5) | mm |
| वज़न | 0.945 | kg |
| सामग्री | Al |
|
| परिचालन तापमान | -40-+85 | °C |
| RM-बीडीपीएचए9395-22 | ||
| पैरामीटर | ठेठ | इकाइयों |
| आवृति सीमा | 93-95 | गीगा |
| पाना | 22 प्रकार | dBi |
| वीएसडब्ल्यूआर | 1.3 प्रकार |
|
| ध्रुवीकरण | दोहरी रेखीय |
|
| क्रॉस पोल. अलगाव | 60 प्रकार | dB |
| बंदरगाह अलगाव | 67 प्रकार | dB |
| योजक | डब्ल्यूआर10 |
|
| सामग्री | Cu |
|
| परिष्करण | सुनहरा |
|
| आकार(एल*डब्ल्यू*एच) | 69.3*19.1*21.2 (±5) | mm |
| वज़न | 0.015 | kg |
पोस्ट करने का समय: 11-अप्रैल-2024
