מהנדסי אלקטרוניקה יודעים שאנטנות שולחות ומקבלות אותות בצורה של גלים של אנרגיה אלקטרומגנטית (EM) המתוארת על ידי משוואות מקסוול. כמו בנושאים רבים, ניתן ללמוד את המשוואות הללו, וההתפשטות, תכונות האלקטרומגנטיות, ברמות שונות, ממונחים איכותיים יחסית ועד משוואות מורכבות.
ישנם היבטים רבים להפצת אנרגיה אלקטרומגנטית, אחד מהם הוא קיטוב, שיכול להיות בעל דרגות שונות של השפעה או דאגה ביישומים ובעיצובי האנטנות שלהם. העקרונות הבסיסיים של קיטוב חלים על כל הקרינה האלקטרומגנטית, כולל RF/אלחוטי, אנרגיה אופטית, והם משמשים לעתים קרובות ביישומים אופטיים.
מהו קיטוב האנטנה?
לפני שנבין את הקיטוב, עלינו להבין תחילה את העקרונות הבסיסיים של גלים אלקטרומגנטיים. גלים אלו מורכבים משדות חשמליים (שדות E) ושדות מגנטיים (שדות H) ונעים בכיוון אחד. השדות E ו-H מאונכים זה לזה ולכיוון התפשטות הגל המישור.
קיטוב מתייחס למישור השדה ה-E מנקודת מבטו של משדר האותות: עבור קיטוב אופקי, השדה החשמלי יזוז הצידה במישור האופקי, בעוד שבקיטוב אנכי, השדה החשמלי יתנדנד למעלה ולמטה במישור האנכי.( איור 1).
איור 1: גלי אנרגיה אלקטרומגנטית מורכבים ממרכיבי שדה E ו-H בניצב זה לזה
קיטוב ליניארי וקיטוב מעגלי
מצבי קיטוב כוללים את הדברים הבאים:
בקיטוב ליניארי בסיסי, שני הקיטובים האפשריים הם אורתוגונליים (מאונכים) זה לזה (איור 2). בתיאוריה, אנטנת קליטה מקוטבת אופקית לא "תראה" אות מאנטנה מקוטבת אנכית ולהיפך, גם אם שתיהן פועלות באותו תדר. ככל שהם מיושרים טוב יותר, כך נלכד יותר אות, והעברת האנרגיה מוגדלת כאשר קיטובים תואמים.
איור 2: קיטוב ליניארי מספק שתי אפשרויות קיטוב בזווית ישרה זו לזו
הקיטוב האלכסוני של האנטנה הוא סוג של קיטוב ליניארי. כמו קיטוב אופקי ואנכי בסיסי, הקיטוב הזה הגיוני רק בסביבה יבשתית. קיטוב אלכסוני הוא בזווית של ±45 מעלות למישור הייחוס האופקי. אמנם זו בעצם רק עוד צורה של קיטוב ליניארי, אבל המונח "ליניארי" מתייחס בדרך כלל רק לאנטנות מקוטבות אופקית או אנכית.
למרות הפסדים מסוימים, אותות הנשלחים (או מתקבלים) על ידי אנטנה אלכסונית אפשריים רק עם אנטנות מקוטבות אופקית או אנכית. אנטנות מקוטבות באלכסון שימושיות כאשר הקיטוב של אחת האנטנות או שתיהן אינו ידוע או משתנה במהלך השימוש.
קיטוב מעגלי (CP) מורכב יותר מקיטוב ליניארי. במצב זה, הקיטוב המיוצג על ידי וקטור השדה E מסתובב כשהאות מתפשט. כאשר מסובבים ימינה (מבט החוצה מהמשדר), קיטוב מעגלי נקרא קיטוב מעגלי ימני (RHCP); כאשר מסובבים שמאלה, קיטוב מעגלי ביד שמאל (LHCP) (איור 3)
איור 3: בקיטוב מעגלי, וקטור השדה E של גל אלקטרומגנטי מסתובב; סיבוב זה יכול להיות ימני או שמאלי
אות CP מורכב משני גלים אורתוגונליים שנמצאים מחוץ לפאזה. נדרשים שלושה תנאים ליצירת אות CP. שדה E חייב להיות מורכב משני רכיבים אורתוגונליים; שני הרכיבים חייבים להיות 90 מעלות מחוץ לפאזה ושווים באמפליטודה. דרך פשוטה ליצור CP היא להשתמש באנטנה סלילנית.
קיטוב אליפטי (EP) הוא סוג של CP. גלים מקוטבים אליפטי הם הרווח שנוצר על ידי שני גלים מקוטבים ליניארי, כמו גלי CP. כאשר משולבים שני גלים מקוטבים ליניאריים בניצב הדדי עם משרעות לא שוות, נוצר גל מקוטב אליפטי.
חוסר ההתאמה של הקיטוב בין האנטנות מתואר על ידי מקדם אובדן הקיטוב (PLF). פרמטר זה מתבטא בדציבלים (dB) והוא פונקציה של ההבדל בזווית הקיטוב בין האנטנות המשדרות והקליטה. תיאורטית, ה-PLF יכול לנוע בין 0 dB (ללא אובדן) עבור אנטנה מיושרת מושלמת ל-dB אינסופי (איבוד אינסופי) עבור אנטנה אורתוגונלית מושלמת.
במציאות, לעומת זאת, היישור (או חוסר היישור) של הקיטוב אינו מושלם מכיוון שהמיקום המכני של האנטנה, התנהגות המשתמש, עיוות ערוץ, השתקפויות רב-נתיביות ותופעות אחרות עלולים לגרום לעיוות זוויתי כלשהו של השדה האלקטרומגנטי המשודר. בתחילה, תהיה 10 - 30 dB או יותר של "דליפה" של קיטוב צולב אות מהקיטוב האורתוגונלי, שבמקרים מסוימים עשוי להספיק כדי להפריע לשחזור האות הרצוי.
לעומת זאת, ה-PLF בפועל עבור שתי אנטנות מיושרות עם קיטוב אידיאלי עשוי להיות 10 dB, 20 dB או יותר, בהתאם לנסיבות, ועלול להפריע לשחזור האות. במילים אחרות, קיטוב צולב לא מכוון ו-PLF יכולים לעבוד בשני הכיוונים על ידי הפרעה לאות הרצוי או הפחתת עוצמת האות הרצויה.
למה אכפת מקיטוב?
קיטוב פועל בשתי דרכים: ככל ששתי אנטנות מיושרות יותר ובעלות אותו קיטוב, כך עוצמת האות המתקבל טובה יותר. לעומת זאת, יישור קיטוב לקוי מקשה על מקלטים, בין אם הם מיועדים או שאינם מרוצים, ללכוד מספיק מהאות המעניין. במקרים רבים, ה"ערוץ" מעוות את הקיטוב המשודר, או שאחת האנטנות או שתיהן אינן בכיוון סטטי קבוע.
הבחירה באיזה קיטוב להשתמש נקבעת בדרך כלל על פי ההתקנה או תנאי האטמוספירה. לדוגמה, אנטנה מקוטבת אופקית תתפקד טוב יותר ותשמור על הקיטוב שלה כשהיא מותקנת ליד התקרה; לעומת זאת, אנטנה מקוטבת אנכית תפעל טוב יותר ותשמור על ביצועי הקיטוב שלה כאשר היא מותקנת ליד קיר צדדי.
האנטנה הדיפולית הנפוצה (פשוטה או מקופלת) מקוטבת אופקית בכיוון ההרכבה ה"רגיל" שלה (איור 4) ולעתים קרובות היא מסובבת 90 מעלות כדי להניח קיטוב אנכי בעת הצורך או כדי לתמוך במצב קיטוב מועדף (איור 5).
איור 4: אנטנה דיפול מותקנת בדרך כלל אופקית על התורן שלה כדי לספק קיטוב אופקי
איור 5: עבור יישומים הדורשים קיטוב אנכי, ניתן להרכיב את אנטנת הדיפול בהתאם למקום בו האנטנה תופסת
קיטוב אנכי משמש בדרך כלל עבור מכשירי רדיו ניידים כף יד, כמו אלה המשמשים את המגיבים הראשונים, מכיוון שהרבה עיצובים של אנטנות רדיו מקוטבות אנכית מספקים גם דפוס קרינה כל-כיווני. לכן, אין צורך לכוון מחדש אנטנות כאלה גם אם כיוון הרדיו והאנטנה משתנה.
אנטנות בתדר גבוה של 3 - 30 מגה-הרץ (HF) בנויות בדרך כלל כחוטים ארוכים פשוטים המחוברים יחד אופקית בין סוגריים. אורכו נקבע לפי אורך הגל (10 - 100 מ'). סוג זה של אנטנה מקוטב באופן אופקי באופן טבעי.
ראוי לציין שהתייחסות ללהקה זו כ"תדר גבוה" החלה לפני עשרות שנים, כאשר 30 מגה-הרץ אכן היה תדר גבוה. למרות שתיאור זה נראה כעת מיושן, זהו ייעוד רשמי של איגוד התקשורת הבינלאומי ועדיין נמצא בשימוש נרחב.
ניתן לקבוע את הקיטוב המועדף בשתי דרכים: או שימוש בגלי קרקע לאיתות חזק יותר לטווח קצר על ידי ציוד שידור באמצעות רצועת הגל הבינוני 300-3 מגה-הרץ (MW), או שימוש בגלי שמיים למרחקים ארוכים יותר דרך קישור היונוספירה. באופן כללי, לאנטנות מקוטבות אנכית יש התפשטות גלי קרקע טובה יותר, בעוד שלאנטנות מקוטבות אופקית יש ביצועים טובים יותר של גלי שמיים.
קיטוב מעגלי נמצא בשימוש נרחב עבור לוויינים מכיוון שהכיוון של הלוויין ביחס לתחנות קרקע ולוויינים אחרים משתנה כל הזמן. היעילות בין אנטנות השידור והקבלה היא הגדולה ביותר כאשר שתיהן מקוטבות מעגלית, אך ניתן להשתמש באנטנות מקוטבות ליניארי עם אנטנות CP, אם כי יש גורם אובדן קיטוב.
קיטוב חשוב גם עבור מערכות 5G. כמה מערכי אנטנות 5G מרובה כניסות/פלטים מרובים (MIMO) משיגים תפוקה מוגברת על ידי שימוש בקיטוב כדי לנצל בצורה יעילה יותר את הספקטרום הזמין. זה מושג באמצעות שילוב של קיטובי אותות שונים וריבוי מרחבי של האנטנות (גיוון חלל).
המערכת יכולה לשדר שני זרמי נתונים מכיוון שזרמי הנתונים מחוברים על ידי אנטנות עצמאיות מקוטבות אורתוגונלית וניתן לשחזר אותם באופן עצמאי. גם אם קיים קיטוב צולב כלשהו עקב עיוות נתיב וערוצים, השתקפויות, ריבוי נתיבים ופגמים אחרים, המקלט משתמש באלגוריתמים מתוחכמים כדי לשחזר כל אות מקורי, וכתוצאה מכך שיעורי שגיאות סיביות נמוכים (BER) ובסופו של דבר ניצול ספקטרום משופר.
לסיכום
קיטוב הוא מאפיין אנטנה חשוב שלעתים קרובות מתעלמים ממנו. קיטוב ליניארי (כולל אופקי ואנכי), קיטוב אלכסוני, קיטוב מעגלי וקיטוב אליפטי משמשים ליישומים שונים. טווח ביצועי ה-RF מקצה לקצה שאנטנה יכולה להשיג תלוי בכיוון וביישור היחסיים שלה. לאנטנות סטנדרטיות קיטובים שונים ומתאימות לחלקים שונים של הספקטרום, ומספקות את הקיטוב המועדף עבור יישום היעד.
מוצרים מומלצים:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| פרמטרים | טיפוסי | יחידות |
| טווח תדרים | 20-30 | GHz |
| לְהַשִׂיג | 15 טיפוס | dBi |
| VSWR | 1.3 טיפוס | |
| קיטוב | כָּפוּל ליניארי | |
| חוצה פול. בידוד | 60 טיפוס | dB |
| בידוד נמלים | 70 טיפוס | dB |
| מַחבֵּר | SMA-Fאימל | |
| חוֹמֶר | Al | |
| מסיים | צֶבַע | |
| גוֹדֶל(L*W*H) | 83.9*39.6*69.4(±5) | mm |
| מִשׁקָל | 0.074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| פָּרִיט | מִפרָט | יְחִידָה |
| טווח תדרים | 1-18 | GHz |
| לְהַשִׂיג | 10 טיפוס | dBi |
| VSWR | 1.5 טיפוס | |
| קיטוב | ליניארי | |
| חוצה פו. בידוד | 30 טיפוס | dB |
| מַחבֵּר | SMA-נקבה | |
| מסיים | Pלא | |
| חוֹמֶר | Al | |
| גוֹדֶל(L*W*H) | 182.4*185.1*116.6(±5) | mm |
| מִשׁקָל | 0.603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| פרמטרים | טיפוסי | יחידות |
| טווח תדרים | 2-18 | GHz |
| לְהַשִׂיג | 15 טיפוס | dBi |
| VSWR | 1.5 טיפוס |
|
| קיטוב | כָּפוּל ליניארי |
|
| חוצה פול. בידוד | 40 | dB |
| בידוד נמלים | 40 | dB |
| מַחבֵּר | SMA-F |
|
| טיפול פני השטח | Pלא |
|
| גוֹדֶל(L*W*H) | 276*147*147(±5) | mm |
| מִשׁקָל | 0.945 | kg |
| חוֹמֶר | Al |
|
| טמפרטורת הפעלה | -40-+85 | °C |
| RM-BDPHA9395-22 | ||
| פרמטרים | טיפוסי | יחידות |
| טווח תדרים | 93-95 | GHz |
| לְהַשִׂיג | 22 טיפוס | dBi |
| VSWR | 1.3 טיפוס |
|
| קיטוב | כָּפוּל ליניארי |
|
| חוצה פול. בידוד | 60 טיפוס | dB |
| בידוד נמלים | 67 טיפוס | dB |
| מַחבֵּר | WR10 |
|
| חוֹמֶר | Cu |
|
| מסיים | זָהוּב |
|
| גוֹדֶל(L*W*H) | 69.3*19.1*21.2 (±5) | mm |
| מִשׁקָל | 0.015 | kg |
זמן פרסום: 11 באפריל 2024
