इलेक्ट्रॉनिक इंजीनियर जानते हैं कि एंटेना मैक्सवेल के समीकरणों द्वारा वर्णित विद्युत चुम्बकीय (ईएम) ऊर्जा की तरंगों के रूप में सिग्नल भेजते और प्राप्त करते हैं। कई अन्य विषयों की तरह, इन समीकरणों और विद्युतचुंबकत्व के प्रसार गुणों का अध्ययन विभिन्न स्तरों पर किया जा सकता है, अपेक्षाकृत गुणात्मक शब्दों से लेकर जटिल समीकरणों तक।
विद्युत चुम्बकीय ऊर्जा के प्रसार के कई पहलू हैं, जिनमें से एक ध्रुवीकरण है, जिसका अनुप्रयोगों और उनके एंटीना डिज़ाइनों में अलग-अलग स्तर का प्रभाव या चिंता हो सकती है। ध्रुवीकरण के मूल सिद्धांत सभी विद्युत चुम्बकीय विकिरणों पर लागू होते हैं, जिनमें आरएफ/वायरलेस, ऑप्टिकल ऊर्जा शामिल हैं, और इनका उपयोग अक्सर ऑप्टिकल अनुप्रयोगों में किया जाता है।
एंटीना ध्रुवीकरण क्या है?
ध्रुवीकरण को समझने से पहले, हमें विद्युत चुम्बकीय तरंगों के मूल सिद्धांतों को समझना होगा। ये तरंगें विद्युत क्षेत्र (E क्षेत्र) और चुंबकीय क्षेत्र (H क्षेत्र) से मिलकर बनी होती हैं और एक ही दिशा में गति करती हैं। E और H क्षेत्र एक दूसरे के और समतल तरंग संचरण की दिशा के लंबवत होते हैं।
ध्रुवीकरण से तात्पर्य सिग्नल ट्रांसमीटर के परिप्रेक्ष्य से ई-क्षेत्र तल से है: क्षैतिज ध्रुवीकरण के लिए, विद्युत क्षेत्र क्षैतिज तल में बग़ल में गति करेगा, जबकि ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण के लिए, विद्युत क्षेत्र ऊर्ध्वाधर तल में ऊपर और नीचे दोलन करेगा (चित्र 1)।
चित्र 1: विद्युतचुंबकीय ऊर्जा तरंगें परस्पर लंबवत E और H क्षेत्र घटकों से मिलकर बनी होती हैं।
रेखीय ध्रुवीकरण और वृत्ताकार ध्रुवीकरण
ध्रुवीकरण मोड में निम्नलिखित शामिल हैं:
बुनियादी रैखिक ध्रुवीकरण में, दो संभावित ध्रुवीकरण एक दूसरे के लंबवत (ऑर्थोगोनल) होते हैं (चित्र 2)। सिद्धांत रूप में, क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत प्राप्त करने वाला एंटीना, लंबवत रूप से ध्रुवीकृत एंटीना से आने वाले सिग्नल को "नहीं देख" पाएगा और इसके विपरीत भी, भले ही दोनों एक ही आवृत्ति पर काम कर रहे हों। वे जितने बेहतर ढंग से संरेखित होंगे, उतना ही अधिक सिग्नल प्राप्त होगा, और ध्रुवीकरण के मेल खाने पर ऊर्जा स्थानांतरण अधिकतम होगा।
चित्र 2: रेखीय ध्रुवीकरण एक दूसरे के समकोण पर दो ध्रुवीकरण विकल्प प्रदान करता है।
एंटीना का तिरछा ध्रुवीकरण एक प्रकार का रेखीय ध्रुवीकरण है। बुनियादी क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण की तरह, यह ध्रुवीकरण केवल स्थलीय वातावरण में ही सार्थक होता है। तिरछा ध्रुवीकरण क्षैतिज संदर्भ तल से ±45 डिग्री के कोण पर होता है। हालांकि यह वास्तव में रेखीय ध्रुवीकरण का ही एक अन्य रूप है, फिर भी "रेखीय" शब्द का प्रयोग आमतौर पर केवल क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटीना के लिए ही किया जाता है।
कुछ हानियों के बावजूद, विकर्ण एंटेना द्वारा भेजे (या प्राप्त किए) सिग्नल केवल क्षैतिज या ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटेना के साथ ही संभव हैं। तिरछे ध्रुवीकृत एंटेना तब उपयोगी होते हैं जब एक या दोनों एंटेना का ध्रुवीकरण अज्ञात हो या उपयोग के दौरान बदल जाए।
वृत्ताकार ध्रुवीकरण (सीपी) रेखीय ध्रुवीकरण से अधिक जटिल है। इस मोड में, E क्षेत्र सदिश द्वारा दर्शाया गया ध्रुवीकरण सिग्नल के संचरण के साथ घूमता है। जब इसे दाईं ओर घुमाया जाता है (ट्रांसमीटर से बाहर की ओर देखते हुए), तो वृत्ताकार ध्रुवीकरण को दाएँ हाथ का वृत्ताकार ध्रुवीकरण (आरएचसीपी) कहा जाता है; जब इसे बाईं ओर घुमाया जाता है, तो इसे बाएँ हाथ का वृत्ताकार ध्रुवीकरण (एलएचसीपी) कहा जाता है (चित्र 3)।
चित्र 3: वृत्ताकार ध्रुवीकरण में, विद्युत चुम्बकीय तरंग का E क्षेत्र सदिश घूमता है; यह घूर्णन दाएँ हाथ का या बाएँ हाथ का हो सकता है।
सीपी सिग्नल दो लंबवत तरंगों से मिलकर बनता है जो कला में विपरीत होती हैं। सीपी सिग्नल उत्पन्न करने के लिए तीन शर्तें आवश्यक हैं। ई क्षेत्र में दो लंबवत घटक होने चाहिए; दोनों घटक कला में 90 डिग्री विपरीत होने चाहिए और उनका आयाम बराबर होना चाहिए। सीपी उत्पन्न करने का एक सरल तरीका हेलिकल एंटीना का उपयोग करना है।
दीर्घवृत्ताकार ध्रुवीकरण (EP) एक प्रकार का समरूप ध्रुवीकरण है। दीर्घवृत्ताकार ध्रुवीकृत तरंगें दो रैखिक रूप से ध्रुवीकृत तरंगों (जैसे समरूप ध्रुवीकृत तरंगें) के संयोजन से उत्पन्न लाभ हैं। जब असमान आयामों वाली दो परस्पर लंबवत रैखिक रूप से ध्रुवीकृत तरंगों का संयोजन होता है, तो एक दीर्घवृत्ताकार 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 संचारित और प्राप्त करने वाले एंटेना के बीच ध्रुवीकरण कोण के अंतर का एक फलन है। सैद्धांतिक रूप से, PLF एक पूरी तरह से संरेखित एंटेना के लिए 0 dB (कोई हानि नहीं) से लेकर एक पूरी तरह से लंबवत एंटेना के लिए अनंत dB (अनंत हानि) तक हो सकता है।
हालांकि, वास्तविकता में, ध्रुवीकरण का संरेखण (या बेमेल) एकदम सही नहीं होता है क्योंकि एंटीना की यांत्रिक स्थिति, उपयोगकर्ता का व्यवहार, चैनल विरूपण, बहुपथ परावर्तन और अन्य घटनाओं के कारण प्रेषित विद्युत चुम्बकीय क्षेत्र में कुछ कोणीय विरूपण हो सकता है। प्रारंभ में, ऑर्थोगोनल ध्रुवीकरण से 10-30 dB या उससे अधिक का सिग्नल क्रॉस-पोलराइजेशन "लीकेज" होगा, जो कुछ मामलों में वांछित सिग्नल की पुनर्प्राप्ति में बाधा उत्पन्न करने के लिए पर्याप्त हो सकता है।
इसके विपरीत, आदर्श ध्रुवीकरण वाले दो संरेखित एंटेना के लिए वास्तविक पीएलएफ परिस्थितियों के आधार पर 10 dB, 20 dB या इससे अधिक हो सकता है, और यह सिग्नल रिकवरी में बाधा डाल सकता है। दूसरे शब्दों में, अनपेक्षित क्रॉस-पोलराइजेशन और पीएलएफ दोनों ही वांछित सिग्नल में हस्तक्षेप करके या वांछित सिग्नल की शक्ति को कम करके कार्य कर सकते हैं।
ध्रुवीकरण की चिंता क्यों करें?
ध्रुवीकरण दो तरह से काम करता है: दो एंटेना जितने अधिक संरेखित होते हैं और उनका ध्रुवीकरण जितना समान होता है, प्राप्त सिग्नल की शक्ति उतनी ही बेहतर होती है। इसके विपरीत, ध्रुवीकरण का खराब संरेखण इच्छित या असंतुष्ट रिसीवरों के लिए वांछित सिग्नल को पर्याप्त मात्रा में ग्रहण करना 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, इसका चुनाव आमतौर पर स्थापना या वायुमंडलीय स्थितियों द्वारा निर्धारित होता है। उदाहरण के लिए, क्षैतिज ध्रुवीकृत एंटीना छत के पास स्थापित करने पर बेहतर प्रदर्शन करेगा और अपना ध्रुवीकरण बनाए रखेगा; इसके विपरीत, ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत एंटीना पार्श्व दीवार के पास स्थापित करने पर बेहतर प्रदर्शन करेगा और अपना ध्रुवीकरण बनाए रखेगा।
व्यापक रूप से उपयोग किया जाने वाला द्विध्रुवीय एंटेना (सादा या मुड़ा हुआ) अपनी "सामान्य" माउंटिंग स्थिति (चित्र 4) में क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत होता है और आवश्यकता पड़ने पर या पसंदीदा ध्रुवीकरण मोड का समर्थन करने के लिए इसे अक्सर 90 डिग्री घुमाया जाता है (चित्र 5)।
चित्र 4: एक द्विध्रुवीय एंटीना को आमतौर पर क्षैतिज ध्रुवीकरण प्रदान करने के लिए उसके मस्तूल पर क्षैतिज रूप से लगाया जाता है।
चित्र 5: ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण की आवश्यकता वाले अनुप्रयोगों के लिए, द्विध्रुवीय एंटीना को इस प्रकार लगाया जा सकता है जहाँ एंटीना प्रकाश को ग्रहण करता है।
ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकरण का उपयोग आमतौर पर हाथ में पकड़े जाने वाले मोबाइल रेडियो में किया जाता है, जैसे कि आपातकालीन सेवाओं में कार्यरत कर्मियों द्वारा उपयोग किए जाने वाले रेडियो, क्योंकि कई ऊर्ध्वाधर ध्रुवीकृत रेडियो एंटेना डिज़ाइन सर्वदिशात्मक विकिरण पैटर्न भी प्रदान करते हैं। इसलिए, रेडियो और एंटेना की दिशा बदलने पर भी ऐसे एंटेना को पुनः निर्देशित करने की आवश्यकता नहीं होती है।
3-30 मेगाहर्ट्ज उच्च आवृत्ति (एचएफ) वाले एंटेना आमतौर पर ब्रैकेट के बीच क्षैतिज रूप से जुड़े हुए सरल लंबे तारों से बने होते हैं। इसकी लंबाई तरंगदैर्ध्य (10-100 मीटर) द्वारा निर्धारित होती है। इस प्रकार का एंटेना स्वाभाविक रूप से क्षैतिज रूप से ध्रुवीकृत होता है।
यह उल्लेखनीय है कि इस बैंड को "उच्च आवृत्ति" कहना दशकों पहले शुरू हुआ था, जब 30 मेगाहर्ट्ज वास्तव में उच्च आवृत्ति हुआ करती थी। हालांकि यह वर्णन अब पुराना प्रतीत होता है, फिर भी 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 किलोहर्ट्ज़ - 3 मेगाहर्ट्ज मध्यम तरंग (एमडब्ल्यू) बैंड का उपयोग करने वाले प्रसारण उपकरणों द्वारा मजबूत अल्प-श्रेणी सिग्नलिंग के लिए ग्राउंड तरंगों का उपयोग करके, या आयनमंडल के माध्यम से लंबी दूरी के लिए स्काई तरंगों का उपयोग करके। सामान्यतः, लंबवत ध्रुवीकृत एंटेना में ग्राउंड तरंगों का प्रसार बेहतर होता है, जबकि क्षैतिज ध्रुवीकृत एंटेना में स्काई तरंगों का प्रदर्शन बेहतर होता है।
उपग्रहों में वृत्ताकार ध्रुवीकरण का व्यापक रूप से उपयोग किया जाता है क्योंकि जमीनी स्टेशनों और अन्य उपग्रहों के सापेक्ष उपग्रह का अभिविन्यास लगातार बदलता रहता है। संचारित और प्राप्त करने वाले दोनों एंटेना के बीच दक्षता तब सबसे अधिक होती है जब दोनों वृत्ताकार ध्रुवीकृत हों, लेकिन रैखिक रूप से ध्रुवीकृत एंटेना का उपयोग सीपी एंटेना के साथ किया जा सकता है, हालांकि इसमें ध्रुवीकरण हानि कारक होता है।
5G सिस्टम के लिए ध्रुवीकरण भी महत्वपूर्ण है। कुछ 5G मल्टीपल-इनपुट/मल्टीपल-आउटपुट (MIMO) एंटीना एरे उपलब्ध स्पेक्ट्रम का अधिक कुशलता से उपयोग करने के लिए ध्रुवीकरण का इस्तेमाल करके बढ़ी हुई थ्रूपुट प्राप्त करते हैं। यह विभिन्न सिग्नल ध्रुवीकरणों और एंटेना के स्थानिक मल्टीप्लेक्सिंग (स्पेस डाइवर्सिटी) के संयोजन से हासिल किया जाता है।
यह सिस्टम दो डेटा स्ट्रीम को एक साथ संचारित कर सकता है क्योंकि डेटा स्ट्रीम स्वतंत्र रूप से लंबवत ध्रुवीकृत एंटेना द्वारा जुड़ी होती हैं और इन्हें स्वतंत्र रूप से पुनः प्राप्त किया जा सकता है। पथ और चैनल विरूपण, परावर्तन, मल्टीपाथ और अन्य खामियों के कारण यदि कुछ क्रॉस-पोलराइजेशन भी मौजूद हो, तो रिसीवर प्रत्येक मूल सिग्नल को पुनः प्राप्त करने के लिए परिष्कृत एल्गोरिदम का उपयोग करता है, जिसके परिणामस्वरूप बिट त्रुटि दर (बीईआर) कम होती है और अंततः स्पेक्ट्रम का बेहतर उपयोग होता है।
निष्कर्ष के तौर पर
ध्रुवीकरण (पोलराइजेशन) एक महत्वपूर्ण एंटीना गुण है जिसे अक्सर अनदेखा कर दिया जाता है। रैखिक (क्षैतिज और ऊर्ध्वाधर सहित) ध्रुवीकरण, तिरछा ध्रुवीकरण, वृत्ताकार ध्रुवीकरण और दीर्घवृत्ताकार ध्रुवीकरण का उपयोग विभिन्न अनुप्रयोगों के लिए किया जाता है। एंटीना की संपूर्ण आरएफ प्रदर्शन क्षमता उसकी सापेक्ष अभिविन्यास और संरेखण पर निर्भर करती है। मानक एंटीना में विभिन्न ध्रुवीकरण होते हैं और वे स्पेक्ट्रम के विभिन्न भागों के लिए उपयुक्त होते हैं, जिससे लक्षित अनुप्रयोग के लिए उपयुक्त ध्रुवीकरण प्राप्त होता है।
अनुशंसित उत्पाद:
| RM-डीपीएचए2030-15 | ||
| पैरामीटर | ठेठ | इकाइयों |
| आवृति सीमा | 20-30 | गीगा |
| पाना | 15 प्रकार. | dBi |
| VSWR | 1.3 टाइप. | |
| ध्रुवीकरण | दोहरी रेखीय | |
| क्रॉस पोल. अलगाव | 60 टाइप. | dB |
| पोर्ट आइसोलेशन | 70 टाइप. | 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 |
| VSWR | 1.5 टाइप. | |
| ध्रुवीकरण | रेखीय | |
| क्रॉस पो. अलगाव | 30 टाइप. | 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 |
| VSWR | 1.5 टाइप. |
|
| ध्रुवीकरण | दोहरी रेखीय |
|
| क्रॉस पोल. अलगाव | 40 | dB |
| पोर्ट आइसोलेशन | 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 |
| VSWR | 1.3 टाइप. |
|
| ध्रुवीकरण | दोहरी रेखीय |
|
| क्रॉस पोल. अलगाव | 60 टाइप. | dB |
| पोर्ट आइसोलेशन | 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
