ઇલેક્ટ્રોનિક ઇજનેરો જાણે છે કે એન્ટેના મેક્સવેલના સમીકરણો દ્વારા વર્ણવેલ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક (EM) ઊર્જાના તરંગોના સ્વરૂપમાં સંકેતો મોકલે છે અને પ્રાપ્ત કરે છે. ઘણા વિષયોની જેમ, આ સમીકરણો, અને ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિઝમના પ્રસાર, ગુણધર્મોનો અભ્યાસ વિવિધ સ્તરે કરી શકાય છે, પ્રમાણમાં ગુણાત્મક શરતોથી લઈને જટિલ સમીકરણો સુધી.
ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઉર્જા પ્રસારના ઘણા પાસાઓ છે, જેમાંથી એક ધ્રુવીકરણ છે, જેનો ઉપયોગ અને તેમના એન્ટેના ડિઝાઇનમાં વિવિધ ડિગ્રીનો પ્રભાવ અથવા ચિંતા હોઈ શકે છે. ધ્રુવીકરણના મૂળભૂત સિદ્ધાંતો RF/વાયરલેસ, ઓપ્ટિકલ ઉર્જા સહિત તમામ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક રેડિયેશન પર લાગુ પડે છે અને ઘણીવાર ઓપ્ટિકલ એપ્લિકેશનોમાં ઉપયોગમાં લેવાય છે.
એન્ટેના ધ્રુવીકરણ શું છે?
ધ્રુવીકરણને સમજતા પહેલા, આપણે સૌ પ્રથમ ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગોના મૂળભૂત સિદ્ધાંતોને સમજવા જોઈએ. આ તરંગો ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્રો (E ક્ષેત્રો) અને ચુંબકીય ક્ષેત્રો (H ક્ષેત્રો) થી બનેલા હોય છે અને એક જ દિશામાં આગળ વધે છે. E અને H ક્ષેત્રો એકબીજાને અને સમતલ તરંગ પ્રસારની દિશામાં લંબરૂપ હોય છે.
સિગ્નલ ટ્રાન્સમીટરના દ્રષ્ટિકોણથી ધ્રુવીકરણ એ ઇ-ફિલ્ડ પ્લેનનો ઉલ્લેખ કરે છે: આડા ધ્રુવીકરણ માટે, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર આડા સમતલમાં બાજુ તરફ જશે, જ્યારે ઊભી ધ્રુવીકરણ માટે, ઇલેક્ટ્રિક ક્ષેત્ર ઊભી સમતલમાં ઉપર અને નીચે ઓસીલેટ થશે. (આકૃતિ 1).
આકૃતિ 1: ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ઊર્જા તરંગો પરસ્પર લંબ E અને H ક્ષેત્ર ઘટકોથી બનેલા છે.
રેખીય ધ્રુવીકરણ અને ગોળાકાર ધ્રુવીકરણ
ધ્રુવીકરણ મોડ્સમાં નીચેનાનો સમાવેશ થાય છે:
મૂળભૂત રેખીય ધ્રુવીકરણમાં, બે શક્ય ધ્રુવીકરણો એકબીજાથી ઓર્થોગોનલ (લંબ) હોય છે (આકૃતિ 2). સિદ્ધાંતમાં, આડી ધ્રુવીકરણ પ્રાપ્ત કરનાર એન્ટેના ઊભી ધ્રુવીકરણવાળા એન્ટેનામાંથી સિગ્નલ "જોશે" નહીં અને ઊલટું, ભલે બંને સમાન આવર્તન પર કાર્ય કરે. તેઓ જેટલા વધુ સારી રીતે ગોઠવાયેલા હોય, તેટલા વધુ સિગ્નલ કેપ્ચર થાય છે, અને જ્યારે ધ્રુવીકરણો મેળ ખાય છે ત્યારે ઊર્જા ટ્રાન્સફર મહત્તમ થાય છે.
આકૃતિ 2: રેખીય ધ્રુવીકરણ એકબીજાના કાટખૂણે બે ધ્રુવીકરણ વિકલ્પો પૂરા પાડે છે.
એન્ટેનાનું ત્રાંસુ ધ્રુવીકરણ એ રેખીય ધ્રુવીકરણનો એક પ્રકાર છે. મૂળભૂત આડા અને ઊભા ધ્રુવીકરણની જેમ, આ ધ્રુવીકરણ ફક્ત પાર્થિવ વાતાવરણમાં જ અર્થપૂર્ણ બને છે. ત્રાંસુ ધ્રુવીકરણ આડા સંદર્ભ સમતલના ±45 ડિગ્રીના ખૂણા પર હોય છે. જ્યારે આ ખરેખર રેખીય ધ્રુવીકરણનું બીજું એક સ્વરૂપ છે, ત્યારે "રેખીય" શબ્દ સામાન્ય રીતે ફક્ત આડા અથવા ઊભા ધ્રુવીકરણવાળા એન્ટેનાનો સંદર્ભ આપે છે.
કેટલાક નુકસાન હોવા છતાં, વિકર્ણ એન્ટેના દ્વારા મોકલવામાં આવતા (અથવા પ્રાપ્ત) સિગ્નલો ફક્ત આડા અથવા ઊભા ધ્રુવીકૃત એન્ટેના સાથે જ શક્ય છે. જ્યારે એક અથવા બંને એન્ટેનાનું ધ્રુવીકરણ અજાણ હોય અથવા ઉપયોગ દરમિયાન બદલાય ત્યારે ત્રાંસી ધ્રુવીકૃત એન્ટેના ઉપયોગી થાય છે.
વર્તુળાકાર ધ્રુવીકરણ (CP) રેખીય ધ્રુવીકરણ કરતાં વધુ જટિલ છે. આ સ્થિતિમાં, E ક્ષેત્ર વેક્ટર દ્વારા દર્શાવવામાં આવતું ધ્રુવીકરણ સિગ્નલના પ્રસાર સાથે ફરે છે. જ્યારે જમણી તરફ ફેરવવામાં આવે છે (ટ્રાન્સમીટરમાંથી બહાર જોતા), ત્યારે વર્તુળાકાર ધ્રુવીકરણને જમણા હાથનું વર્તુળાકાર ધ્રુવીકરણ (RHCP) કહેવામાં આવે છે; જ્યારે ડાબી તરફ ફેરવવામાં આવે છે, ત્યારે ડાબા હાથનું વર્તુળાકાર ધ્રુવીકરણ (LHCP) (આકૃતિ 3)
આકૃતિ 3: ગોળાકાર ધ્રુવીકરણમાં, ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક તરંગનો E ક્ષેત્ર વેક્ટર ફરે છે; આ પરિભ્રમણ જમણા હાથે અથવા ડાબા હાથે હોઈ શકે છે.
CP સિગ્નલમાં બે ઓર્થોગોનલ તરંગો હોય છે જે તબક્કાની બહાર હોય છે. CP સિગ્નલ ઉત્પન્ન કરવા માટે ત્રણ શરતો જરૂરી છે. E ક્ષેત્રમાં બે ઓર્થોગોનલ ઘટકો હોવા જોઈએ; બે ઘટકો તબક્કાની બહાર 90 ડિગ્રી અને કંપનવિસ્તારમાં સમાન હોવા જોઈએ. CP ઉત્પન્ન કરવાની એક સરળ રીત એ છે કે હેલિકલ એન્ટેનાનો ઉપયોગ કરવો.
એલિપ્ટિકલ પોલરાઇઝેશન (EP) એ CP નો એક પ્રકાર છે. એલિપ્ટિકલ પોલરાઇઝ્ડ વેવ્સ એ બે રેખીય ધ્રુવીકરણ તરંગો દ્વારા ઉત્પન્ન થયેલ ગેઇન છે, જેમ કે CP તરંગો. જ્યારે અસમાન કંપનવિસ્તારવાળા બે પરસ્પર લંબ રેખીય ધ્રુવીકરણ તરંગોને જોડવામાં આવે છે, ત્યારે એક એલિપ્ટિકલ પોલરાઇઝ્ડ વેવ ઉત્પન્ન થાય છે.
એન્ટેના વચ્ચે ધ્રુવીકરણ મિસમેચનું વર્ણન ધ્રુવીકરણ નુકશાન પરિબળ (PLF) દ્વારા કરવામાં આવે છે. આ પરિમાણ ડેસિબલ્સ (dB) માં વ્યક્ત થાય છે અને તે ટ્રાન્સમિટિંગ અને રિસીવિંગ એન્ટેના વચ્ચે ધ્રુવીકરણ કોણમાં તફાવતનું કાર્ય છે. સૈદ્ધાંતિક રીતે, PLF સંપૂર્ણ રીતે સંરેખિત એન્ટેના માટે 0 dB (કોઈ નુકસાન નહીં) થી સંપૂર્ણ રીતે ઓર્થોગોનલ એન્ટેના માટે અનંત dB (અનંત નુકસાન) સુધીની હોઈ શકે છે.
વાસ્તવમાં, જોકે, ધ્રુવીકરણનું સંરેખણ (અથવા ખોટી ગોઠવણી) સંપૂર્ણ નથી કારણ કે એન્ટેનાની યાંત્રિક સ્થિતિ, વપરાશકર્તા વર્તન, ચેનલ વિકૃતિ, મલ્ટીપાથ પ્રતિબિંબ અને અન્ય ઘટનાઓ પ્રસારિત ઇલેક્ટ્રોમેગ્નેટિક ક્ષેત્રના કેટલાક કોણીય વિકૃતિનું કારણ બની શકે છે. શરૂઆતમાં, ઓર્થોગોનલ ધ્રુવીકરણમાંથી 10 - 30 dB કે તેથી વધુ સિગ્નલ ક્રોસ-પોલરાઇઝેશન "લિકેજ" હશે, જે કેટલાક કિસ્સાઓમાં ઇચ્છિત સિગ્નલની પુનઃપ્રાપ્તિમાં દખલ કરવા માટે પૂરતું હોઈ શકે છે.
તેનાથી વિપરીત, આદર્શ ધ્રુવીકરણવાળા બે સંરેખિત એન્ટેના માટે વાસ્તવિક PLF સંજોગોના આધારે 10 dB, 20 dB અથવા તેથી વધુ હોઈ શકે છે, અને સિગ્નલ પુનઃપ્રાપ્તિમાં અવરોધ લાવી શકે છે. બીજા શબ્દોમાં કહીએ તો, અનિચ્છનીય ક્રોસ-ધ્રુવીકરણ અને PLF ઇચ્છિત સિગ્નલમાં દખલ કરીને અથવા ઇચ્છિત સિગ્નલ શક્તિ ઘટાડીને બંને રીતે કાર્ય કરી શકે છે.
ધ્રુવીકરણની ચિંતા શા માટે?
ધ્રુવીકરણ બે રીતે કાર્ય કરે છે: બે એન્ટેના જેટલા વધુ સંરેખિત હશે અને સમાન ધ્રુવીકરણ ધરાવશે, પ્રાપ્ત સિગ્નલની મજબૂતાઈ એટલી જ સારી હશે. તેનાથી વિપરીત, નબળા ધ્રુવીકરણ સંરેખણને કારણે રીસીવરો માટે, ઇચ્છિત હોય કે અસંતુષ્ટ, રસના સિગ્નલને પૂરતા પ્રમાણમાં કેપ્ચર કરવાનું વધુ મુશ્કેલ બને છે. ઘણા કિસ્સાઓમાં, "ચેનલ" પ્રસારિત ધ્રુવીકરણને વિકૃત કરે છે, અથવા એક અથવા બંને એન્ટેના નિશ્ચિત સ્થિર દિશામાં નથી હોતા.
કયા ધ્રુવીકરણનો ઉપયોગ કરવો તેની પસંદગી સામાન્ય રીતે ઇન્સ્ટોલેશન અથવા વાતાવરણીય પરિસ્થિતિઓ દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. ઉદાહરણ તરીકે, આડા ધ્રુવીકરણવાળા એન્ટેના છતની નજીક સ્થાપિત થાય ત્યારે વધુ સારું પ્રદર્શન કરશે અને તેનું ધ્રુવીકરણ જાળવી રાખશે; તેનાથી વિપરીત, ઊભી ધ્રુવીકરણવાળા એન્ટેના બાજુની દિવાલની નજીક સ્થાપિત થાય ત્યારે વધુ સારું પ્રદર્શન કરશે અને તેનું ધ્રુવીકરણ કામગીરી જાળવી રાખશે.
વ્યાપકપણે ઉપયોગમાં લેવાતું દ્વિધ્રુવીય એન્ટેના (સાદા અથવા ફોલ્ડ) તેના "સામાન્ય" માઉન્ટિંગ ઓરિએન્ટેશન (આકૃતિ 4) માં આડા ધ્રુવીકરણ પામેલ છે અને જ્યારે જરૂર પડે ત્યારે ઊભી ધ્રુવીકરણ ધારણ કરવા અથવા પસંદગીના ધ્રુવીકરણ મોડને ટેકો આપવા માટે ઘણીવાર 90 ડિગ્રી ફેરવવામાં આવે છે (આકૃતિ 5).
આકૃતિ 4: આડી ધ્રુવીકરણ પ્રદાન કરવા માટે એક દ્વિધ્રુવીય એન્ટેના સામાન્ય રીતે તેના માસ્ટ પર આડી રીતે માઉન્ટ થયેલ હોય છે.
આકૃતિ 5: ઊભી ધ્રુવીકરણની જરૂર હોય તેવા કાર્યક્રમો માટે, જ્યાં એન્ટેના પકડે છે ત્યાં દ્વિધ્રુવીય એન્ટેના તે મુજબ માઉન્ટ કરી શકાય છે
વર્ટિકલ પોલરાઇઝેશનનો ઉપયોગ સામાન્ય રીતે હેન્ડહેલ્ડ મોબાઇલ રેડિયો માટે થાય છે, જેમ કે ફર્સ્ટ રિસ્પોન્ડર્સ દ્વારા ઉપયોગમાં લેવાતા, કારણ કે ઘણી વર્ટિકલી પોલરાઇઝ્ડ રેડિયો એન્ટેના ડિઝાઇન પણ સર્વદિશાત્મક રેડિયેશન પેટર્ન પ્રદાન કરે છે. તેથી, રેડિયો અને એન્ટેનાની દિશા બદલાય તો પણ આવા એન્ટેનાને ફરીથી દિશામાન કરવાની જરૂર નથી.
3 - 30 MHz ઉચ્ચ આવર્તન (HF) આવર્તન એન્ટેના સામાન્ય રીતે કૌંસ વચ્ચે આડા રીતે જોડાયેલા સરળ લાંબા વાયર તરીકે બનાવવામાં આવે છે. તેની લંબાઈ તરંગલંબાઇ (10 - 100 મીટર) દ્વારા નક્કી કરવામાં આવે છે. આ પ્રકારના એન્ટેના કુદરતી રીતે આડા ધ્રુવીકરણ પામેલા હોય છે.
એ નોંધવું યોગ્ય છે કે આ બેન્ડને "ઉચ્ચ આવર્તન" તરીકે ઓળખવાની શરૂઆત દાયકાઓ પહેલા થઈ હતી, જ્યારે 30 MHz ખરેખર ઉચ્ચ આવર્તન હતું. જોકે આ વર્ણન હવે જૂનું લાગે છે, તે આંતરરાષ્ટ્રીય ટેલિકોમ્યુનિકેશન યુનિયન દ્વારા સત્તાવાર હોદ્દો છે અને હજુ પણ તેનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે.
પસંદગીનું ધ્રુવીકરણ બે રીતે નક્કી કરી શકાય છે: કાં તો 300 kHz - 3 MHz મધ્યમ તરંગ (MW) બેન્ડનો ઉપયોગ કરીને બ્રોડકાસ્ટ સાધનો દ્વારા મજબૂત ટૂંકા-અંતરના સિગ્નલિંગ માટે ગ્રાઉન્ડ તરંગોનો ઉપયોગ કરવો, અથવા આયનોસ્ફિયર લિંક દ્વારા લાંબા અંતર માટે સ્કાય તરંગોનો ઉપયોગ કરવો. સામાન્ય રીતે કહીએ તો, ઊભી ધ્રુવીકરણવાળા એન્ટેનામાં ગ્રાઉન્ડ તરંગનો પ્રચાર વધુ સારો હોય છે, જ્યારે આડી ધ્રુવીકરણવાળા એન્ટેનામાં સ્કાય તરંગનું પ્રદર્શન વધુ સારું હોય છે.
ઉપગ્રહો માટે ગોળાકાર ધ્રુવીકરણનો વ્યાપકપણે ઉપયોગ થાય છે કારણ કે ગ્રાઉન્ડ સ્ટેશનો અને અન્ય ઉપગ્રહોની તુલનામાં ઉપગ્રહનું દિશાનિર્દેશ સતત બદલાતું રહે છે. ટ્રાન્સમિટ અને રિસીવ એન્ટેના વચ્ચે કાર્યક્ષમતા સૌથી વધુ હોય છે જ્યારે બંને ગોળાકાર ધ્રુવીકરણવાળા હોય છે, પરંતુ રેખીય ધ્રુવીકરણવાળા એન્ટેનાનો ઉપયોગ CP એન્ટેના સાથે કરી શકાય છે, જોકે ધ્રુવીકરણ નુકશાન પરિબળ છે.
5G સિસ્ટમ્સ માટે ધ્રુવીકરણ પણ મહત્વપૂર્ણ છે. કેટલાક 5G મલ્ટિપલ-ઇનપુટ/મલ્ટીપલ-આઉટપુટ (MIMO) એન્ટેના એરે ઉપલબ્ધ સ્પેક્ટ્રમનો વધુ કાર્યક્ષમ ઉપયોગ કરવા માટે ધ્રુવીકરણનો ઉપયોગ કરીને વધેલા થ્રુપુટ પ્રાપ્ત કરે છે. આ વિવિધ સિગ્નલ ધ્રુવીકરણ અને એન્ટેનાના અવકાશી મલ્ટિપ્લેક્સિંગ (અવકાશ વિવિધતા) ના સંયોજનનો ઉપયોગ કરીને પ્રાપ્ત થાય છે.
આ સિસ્ટમ બે ડેટા સ્ટ્રીમ ટ્રાન્સમિટ કરી શકે છે કારણ કે ડેટા સ્ટ્રીમ્સ સ્વતંત્ર ઓર્થોગોનલી પોલરાઇઝ્ડ એન્ટેના દ્વારા જોડાયેલા હોય છે અને સ્વતંત્ર રીતે પુનઃપ્રાપ્ત કરી શકાય છે. પાથ અને ચેનલ વિકૃતિ, પ્રતિબિંબ, મલ્ટીપાથ અને અન્ય અપૂર્ણતાને કારણે કેટલાક ક્રોસ-પોલરાઇઝેશન અસ્તિત્વમાં હોવા છતાં, રીસીવર દરેક મૂળ સિગ્નલને પુનઃપ્રાપ્ત કરવા માટે અત્યાધુનિક અલ્ગોરિધમ્સનો ઉપયોગ કરે છે, જેના પરિણામે નીચા બીટ એરર રેટ (BER) અને અંતે સ્પેક્ટ્રમ ઉપયોગિતામાં સુધારો થાય છે.
નિષ્કર્ષમાં
ધ્રુવીકરણ એ એક મહત્વપૂર્ણ એન્ટેના ગુણધર્મ છે જેને ઘણીવાર અવગણવામાં આવે છે. રેખીય (આડી અને ઊભી સહિત) ધ્રુવીકરણ, ત્રાંસી ધ્રુવીકરણ, ગોળાકાર ધ્રુવીકરણ અને લંબગોળ ધ્રુવીકરણનો ઉપયોગ વિવિધ એપ્લિકેશનો માટે થાય છે. એન્ટેના એન્ડ-ટુ-એન્ડ RF પ્રદર્શનની શ્રેણી પ્રાપ્ત કરી શકે છે તે તેના સંબંધિત દિશા અને ગોઠવણી પર આધાર રાખે છે. માનક એન્ટેનામાં વિવિધ ધ્રુવીકરણ હોય છે અને તે સ્પેક્ટ્રમના વિવિધ ભાગો માટે યોગ્ય છે, જે લક્ષ્ય એપ્લિકેશન માટે પસંદગીનું ધ્રુવીકરણ પૂરું પાડે છે.
ભલામણ કરેલ ઉત્પાદનો:
| RM-ડીપીએચએ2030-15 | ||
| પરિમાણો | લાક્ષણિક | એકમો |
| આવર્તન શ્રેણી | ૨૦-૩૦ | ગીગાહર્ટ્ઝ |
| ગેઇન | ૧૫ પ્રકાર. | dBi |
| વીએસડબલ્યુઆર | ૧.૩ પ્રકાર. | |
| ધ્રુવીકરણ | ડ્યુઅલ રેખીય | |
| ક્રોસ પોલ આઇસોલેશન | ૬૦ પ્રકાર. | dB |
| પોર્ટ આઇસોલેશન | ૭૦ પ્રકાર. | dB |
| કનેક્ટર | એસએમએ-Fઈમેલ | |
| સામગ્રી | Al | |
| ફિનિશિંગ | પેઇન્ટ | |
| કદ(લે*પ*હ) | ૮૩.૯*૩૯.૬*૬૯.૪(±5) | mm |
| વજન | ૦.૦૭૪ | kg |
| RM-બીડીએચએ118-10 | ||
| વસ્તુ | સ્પષ્ટીકરણ | એકમ |
| આવર્તન શ્રેણી | ૧-૧૮ | ગીગાહર્ટ્ઝ |
| ગેઇન | ૧૦ પ્રકાર. | dBi |
| વીએસડબલ્યુઆર | ૧.૫ પ્રકાર. | |
| ધ્રુવીકરણ | રેખીય | |
| ક્રોસ પો. આઇસોલેશન | ૩૦ પ્રકાર. | dB |
| કનેક્ટર | SMA-સ્ત્રી | |
| ફિનિશિંગ | Pનથી | |
| સામગ્રી | Al | |
| કદ(લે*પ*હ) | ૧૮૨.૪*૧૮૫.૧*૧૧૬.૬(±5) | mm |
| વજન | ૦.૬૦૩ | kg |
| RM-સીડીપીએચએ218-15 | ||
| પરિમાણો | લાક્ષણિક | એકમો |
| આવર્તન શ્રેણી | ૨-૧૮ | ગીગાહર્ટ્ઝ |
| ગેઇન | ૧૫ પ્રકાર. | dBi |
| વીએસડબલ્યુઆર | ૧.૫ પ્રકાર. |
|
| ધ્રુવીકરણ | ડ્યુઅલ રેખીય |
|
| ક્રોસ પોલ આઇસોલેશન | 40 | dB |
| પોર્ટ આઇસોલેશન | 40 | dB |
| કનેક્ટર | એસએમએ-એફ |
|
| સપાટીની સારવાર | Pનથી |
|
| કદ(લે*પ*હ) | ૨૭૬*૧૪૭*૧૪૭(±5) | mm |
| વજન | ૦.૯૪૫ | kg |
| સામગ્રી | Al |
|
| સંચાલન તાપમાન | -૪૦-+૮૫ | °C |
| RM-બીડીપીએચએ9395-22 | ||
| પરિમાણો | લાક્ષણિક | એકમો |
| આવર્તન શ્રેણી | ૯૩-૯૫ | ગીગાહર્ટ્ઝ |
| ગેઇન | 22 પ્રકાર. | dBi |
| વીએસડબલ્યુઆર | ૧.૩ પ્રકાર. |
|
| ધ્રુવીકરણ | ડ્યુઅલ રેખીય |
|
| ક્રોસ પોલ આઇસોલેશન | ૬૦ પ્રકાર. | dB |
| પોર્ટ આઇસોલેશન | ૬૭ પ્રકાર. | dB |
| કનેક્ટર | ડબલ્યુઆર૧૦ |
|
| સામગ્રી | Cu |
|
| ફિનિશિંગ | સુવર્ણ |
|
| કદ(લે*પ*હ) | ૬૯.૩*૧૯.૧*૨૧.૨ (±5) | mm |
| વજન | ૦.૦૧૫ | kg |
પોસ્ટ સમય: એપ્રિલ-૧૧-૨૦૨૪
