Para insinyur elektronika mengetahui bahwa antena mengirim dan menerima sinyal dalam bentuk gelombang energi elektromagnetik (EM) yang dijelaskan oleh persamaan Maxwell. Seperti banyak topik lainnya, persamaan ini, dan sifat-sifat perambatan elektromagnetisme, dapat dipelajari pada berbagai tingkatan, dari istilah yang relatif kualitatif hingga persamaan yang kompleks.
Ada banyak aspek dalam perambatan energi elektromagnetik, salah satunya adalah polarisasi, yang dapat memiliki berbagai tingkat dampak atau kekhawatiran dalam aplikasi dan desain antenanya. Prinsip dasar polarisasi berlaku untuk semua radiasi elektromagnetik, termasuk RF/nirkabel, energi optik, dan sering digunakan dalam aplikasi optik.
Apa itu polarisasi antena?
Sebelum memahami polarisasi, kita harus terlebih dahulu memahami prinsip-prinsip dasar gelombang elektromagnetik. Gelombang ini terdiri dari medan listrik (medan E) dan medan magnet (medan H) dan bergerak dalam satu arah. Medan E dan H saling tegak lurus dan tegak lurus terhadap arah perambatan gelombang bidang.
Polarisasi mengacu pada bidang medan E dari perspektif pemancar sinyal: untuk polarisasi horizontal, medan listrik akan bergerak ke samping pada bidang horizontal, sedangkan untuk polarisasi vertikal, medan listrik akan berosilasi naik turun pada bidang vertikal (gambar 1).
Gambar 1: Gelombang energi elektromagnetik terdiri dari komponen medan E dan H yang saling tegak lurus.
Polarisasi linier dan polarisasi melingkar
Mode polarisasi meliputi hal-hal berikut:
Pada polarisasi linier dasar, dua polarisasi yang mungkin saling ortogonal (tegak lurus) (Gambar 2). Secara teori, antena penerima yang terpolarisasi horizontal tidak akan "melihat" sinyal dari antena yang terpolarisasi vertikal dan sebaliknya, meskipun keduanya beroperasi pada frekuensi yang sama. Semakin baik penyelarasan keduanya, semakin banyak sinyal yang ditangkap, dan transfer energi dimaksimalkan ketika polarisasi cocok.
Gambar 2: Polarisasi linier menyediakan dua pilihan polarisasi yang saling tegak lurus.
Polarisasi miring antena adalah salah satu jenis polarisasi linier. Seperti polarisasi horizontal dan vertikal dasar, polarisasi ini hanya masuk akal di lingkungan terestrial. Polarisasi miring berada pada sudut ±45 derajat terhadap bidang referensi horizontal. Meskipun ini sebenarnya hanya bentuk lain dari polarisasi linier, istilah "linier" biasanya hanya merujuk pada antena yang terpolarisasi secara horizontal atau vertikal.
Meskipun terdapat beberapa kerugian, sinyal yang dikirim (atau diterima) oleh antena diagonal tetap dapat diterima hanya dengan antena yang terpolarisasi secara horizontal atau vertikal. Antena yang terpolarisasi secara miring berguna ketika polarisasi salah satu atau kedua antena tidak diketahui atau berubah selama penggunaan.
Polarisasi melingkar (CP) lebih kompleks daripada polarisasi linier. Dalam mode ini, polarisasi yang diwakili oleh vektor medan E berputar saat sinyal merambat. Ketika diputar ke kanan (dilihat dari pemancar), polarisasi melingkar disebut polarisasi melingkar tangan kanan (RHCP); ketika diputar ke kiri, polarisasi melingkar tangan kiri (LHCP) (Gambar 3).
Gambar 3: Pada polarisasi melingkar, vektor medan E dari gelombang elektromagnetik berputar; putaran ini dapat searah jarum jam atau searah jarum jam.
Sinyal CP terdiri dari dua gelombang ortogonal yang berbeda fase. Tiga kondisi diperlukan untuk menghasilkan sinyal CP. Medan E harus terdiri dari dua komponen ortogonal; kedua komponen tersebut harus berbeda fase 90 derajat dan memiliki amplitudo yang sama. Cara sederhana untuk menghasilkan CP adalah dengan menggunakan antena heliks.
Polarisasi elips (EP) adalah salah satu jenis CP. Gelombang terpolarisasi elips adalah gelombang yang dihasilkan oleh dua gelombang terpolarisasi linier, seperti gelombang CP. Ketika dua gelombang terpolarisasi linier yang saling tegak lurus dengan amplitudo yang tidak sama digabungkan, akan dihasilkan gelombang terpolarisasi elips.
Ketidaksesuaian polarisasi antar antena dijelaskan oleh faktor kehilangan polarisasi (PLF). Parameter ini dinyatakan dalam desibel (dB) dan merupakan fungsi dari perbedaan sudut polarisasi antara antena pemancar dan penerima. Secara teoritis, PLF dapat berkisar dari 0 dB (tidak ada kehilangan) untuk antena yang sejajar sempurna hingga tak terhingga dB (kehilangan tak terhingga) untuk antena yang tegak lurus sempurna.
Namun, pada kenyataannya, penyelarasan (atau ketidakselarasan) polarisasi tidak sempurna karena posisi mekanis antena, perilaku pengguna, distorsi saluran, pantulan multipath, dan fenomena lainnya dapat menyebabkan distorsi sudut pada medan elektromagnetik yang ditransmisikan. Awalnya, akan ada "kebocoran" sinyal polarisasi silang sebesar 10 - 30 dB atau lebih dari polarisasi ortogonal, yang dalam beberapa kasus mungkin cukup untuk mengganggu pemulihan sinyal yang diinginkan.
Sebaliknya, PLF sebenarnya untuk dua antena yang sejajar dengan polarisasi ideal mungkin 10 dB, 20 dB, atau lebih besar, tergantung pada keadaan, dan dapat menghambat pemulihan sinyal. Dengan kata lain, polarisasi silang dan PLF yang tidak disengaja dapat bekerja dua arah dengan mengganggu sinyal yang diinginkan atau mengurangi kekuatan sinyal yang diinginkan.
Mengapa kita perlu memperhatikan polarisasi?
Polarisasi bekerja dalam dua cara: semakin sejajar dua antena dan semakin sama polarisasinya, semakin baik kekuatan sinyal yang diterima. Sebaliknya, keselarasan polarisasi yang buruk membuat penerima, baik yang disengaja maupun tidak, lebih sulit untuk menangkap sinyal yang diinginkan dalam jumlah yang cukup. Dalam banyak kasus, "saluran" mendistorsi polarisasi yang ditransmisikan, atau salah satu atau kedua antena tidak berada dalam arah statis yang tetap.
Pemilihan polarisasi yang akan digunakan biasanya ditentukan oleh kondisi instalasi atau atmosfer. Misalnya, antena terpolarisasi horizontal akan bekerja lebih baik dan mempertahankan polarisasinya ketika dipasang di dekat langit-langit; sebaliknya, antena terpolarisasi vertikal akan bekerja lebih baik dan mempertahankan kinerja polarisasinya ketika dipasang di dekat dinding samping.
Antena dipol yang banyak digunakan (polos atau terlipat) terpolarisasi secara horizontal dalam orientasi pemasangan "normal" (Gambar 4) dan sering diputar 90 derajat untuk mendapatkan polarisasi vertikal bila diperlukan atau untuk mendukung mode polarisasi yang diinginkan (Gambar 5).
Gambar 4: Antena dipol biasanya dipasang secara horizontal pada tiangnya untuk memberikan polarisasi horizontal.
Gambar 5: Untuk aplikasi yang memerlukan polarisasi vertikal, antena dipol dapat dipasang sesuai dengan posisi antena tersebut.
Polarisasi vertikal umumnya digunakan untuk radio seluler genggam, seperti yang digunakan oleh petugas tanggap darurat, karena banyak desain antena radio dengan polarisasi vertikal juga memberikan pola radiasi omnidirectional. Oleh karena itu, antena tersebut tidak perlu diorientasikan ulang meskipun arah radio dan antena berubah.
Antena frekuensi tinggi (HF) 3 - 30 MHz biasanya dibuat sebagai kawat panjang sederhana yang dirangkai secara horizontal di antara braket. Panjangnya ditentukan oleh panjang gelombang (10 - 100 m). Jenis antena ini secara alami terpolarisasi secara horizontal.
Perlu dicatat bahwa penyebutan pita frekuensi ini sebagai "frekuensi tinggi" dimulai beberapa dekade lalu, ketika 30 MHz memang dianggap frekuensi tinggi. Meskipun deskripsi ini sekarang tampak ketinggalan zaman, ini adalah sebutan resmi dari Uni Telekomunikasi Internasional dan masih banyak digunakan.
Polarisasi yang lebih disukai dapat ditentukan dengan dua cara: menggunakan gelombang tanah untuk sinyal jarak pendek yang lebih kuat oleh peralatan siaran yang menggunakan pita gelombang menengah (MW) 300 kHz - 3 MHz, atau menggunakan gelombang langit untuk jarak yang lebih jauh melalui ionosfer. Secara umum, antena terpolarisasi vertikal memiliki perambatan gelombang tanah yang lebih baik, sedangkan antena terpolarisasi horizontal memiliki kinerja gelombang langit yang lebih baik.
Polarisasi melingkar banyak digunakan untuk satelit karena orientasi satelit relatif terhadap stasiun bumi dan satelit lain terus berubah. Efisiensi antara antena pemancar dan penerima paling besar ketika keduanya terpolarisasi melingkar, tetapi antena terpolarisasi linier dapat digunakan dengan antena CP, meskipun ada faktor kehilangan polarisasi.
Polarisasi juga penting untuk sistem 5G. Beberapa susunan antena multiple-input/multiple-output (MIMO) 5G mencapai peningkatan throughput dengan menggunakan polarisasi untuk memanfaatkan spektrum yang tersedia secara lebih efisien. Hal ini dicapai dengan menggunakan kombinasi polarisasi sinyal yang berbeda dan multiplexing spasial antena (keragaman ruang).
Sistem ini dapat mengirimkan dua aliran data karena aliran data tersebut dihubungkan oleh antena terpolarisasi ortogonal independen dan dapat dipulihkan secara independen. Bahkan jika terdapat polarisasi silang akibat distorsi jalur dan saluran, pantulan, multipath, dan ketidaksempurnaan lainnya, penerima menggunakan algoritma canggih untuk memulihkan setiap sinyal asli, sehingga menghasilkan tingkat kesalahan bit (BER) yang rendah dan pada akhirnya meningkatkan pemanfaatan spektrum.
Kesimpulannya
Polarisasi adalah properti antena penting yang sering diabaikan. Polarisasi linier (termasuk horizontal dan vertikal), polarisasi miring, polarisasi melingkar, dan polarisasi elips digunakan untuk berbagai aplikasi. Rentang kinerja RF ujung-ke-ujung yang dapat dicapai antena bergantung pada orientasi dan penyelarasan relatifnya. Antena standar memiliki polarisasi yang berbeda dan cocok untuk berbagai bagian spektrum, memberikan polarisasi yang diinginkan untuk aplikasi target.
Produk yang Direkomendasikan:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| Parameter | Khas | Satuan |
| Rentang Frekuensi | 20-30 | GHz |
| Memperoleh | 15 Tipikal. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipikal. | |
| Polarisasi | Ganda Linier | |
| Isolasi Lintas Negara | 60 Tipikal. | dB |
| Isolasi Port | 70 Tipikal. | dB |
| Konektor | SMA-Fperempuan | |
| Bahan | Al | |
| Penyelesaian | Cat | |
| Ukuran(P*L*T) | 83,9*39,6*69,4(±5) | mm |
| Berat | 0,074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| Barang | Spesifikasi | Satuan |
| Rentang Frekuensi | 1-18 | GHz |
| Memperoleh | 10 Tipikal. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tipikal. | |
| Polarisasi | Linier | |
| Isolasi Silang Po. | 30 Tipikal. | dB |
| Konektor | SMA-Wanita | |
| Penyelesaian | Ptidak | |
| Bahan | Al | |
| Ukuran(P*L*T) | 182.4*185.1*116.6(±5) | mm |
| Berat | 0,603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| Parameter | Khas | Satuan |
| Rentang Frekuensi | 2-18 | GHz |
| Memperoleh | 15 Tipikal. | dBi |
| VSWR | 1.5 Tipikal. |
|
| Polarisasi | Ganda Linier |
|
| Isolasi Lintas Negara | 40 | dB |
| Isolasi Port | 40 | dB |
| Konektor | SMA-F |
|
| Perawatan Permukaan | Ptidak |
|
| Ukuran(P*L*T) | 276*147*147(±5) | mm |
| Berat | 0,945 | kg |
| Bahan | Al |
|
| Suhu Operasional | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| Parameter | Khas | Satuan |
| Rentang Frekuensi | tahun 93-95 | GHz |
| Memperoleh | 22 Tipikal. | dBi |
| VSWR | 1.3 Tipikal. |
|
| Polarisasi | Ganda Linier |
|
| Isolasi Lintas Negara | 60 Tipikal. | dB |
| Isolasi Port | 67 Tipikal. | dB |
| Konektor | WR10 |
|
| Bahan | Cu |
|
| Penyelesaian | Keemasan |
|
| Ukuran(P*L*T) | 69.3*19.1*21.2 (±5) | mm |
| Berat | 0,015 | kg |
Waktu posting: 11 April 2024
