מהנדסי אלקטרוניקה יודעים שאנטנות שולחות ומקבלות אותות בצורת גלי אנרגיה אלקטרומגנטית (EM) המתוארים על ידי משוואות מקסוול. כמו בנושאים רבים, ניתן ללמוד משוואות אלו, ואת תכונות ההתפשטות של האלקטרומגנטיות, ברמות שונות, החל ממונחים איכותיים יחסית ועד למשוואות מורכבות.
ישנם היבטים רבים להתפשטות אנרגיה אלקטרומגנטית, אחד מהם הוא קיטוב, שיכול להיות בעל דרגות שונות של השפעה או דאגה ביישומים ובעיצובי האנטנות שלהם. עקרונות הקיטוב הבסיסיים חלים על כל הקרינה האלקטרומגנטית, כולל אנרגיה אופטית/RF/אלחוטית, ולעתים קרובות משמשים ביישומים אופטיים.
מהי קיטוב אנטנה?
לפני הבנת הקיטוב, עלינו להבין תחילה את העקרונות הבסיסיים של גלים אלקטרומגנטיים. גלים אלה מורכבים משדות חשמליים (שדות E) ושדות מגנטיים (שדות H) ונעים בכיוון אחד. שדות E ו-H ניצבים זה לזה ולכיוון התפשטות הגל המישורי.
קיטוב מתייחס למישור שדה ה-E מנקודת מבטו של משדר האות: עבור קיטוב אופקי, השדה החשמלי ינוע הצידה במישור האופקי, בעוד שבקיטוב אנכי, השדה החשמלי ינוע למעלה ולמטה במישור האנכי (איור 1).
איור 1: גלי אנרגיה אלקטרומגנטיים מורכבים מרכיבי שדה E ו-H שניצבים זה בזה
קיטוב ליניארי וקיטוב מעגלי
מצבי קיטוב כוללים את הדברים הבאים:
בקיטוב ליניארי בסיסי, שני הקיטובים האפשריים אורתוגונליים (ניצבים) זה לזה (איור 2). בתיאוריה, אנטנת קליטה מקוטבת אופקית לא "תראה" אות מאנטנה מקוטבת אנכית ולהיפך, גם אם שתיהן פועלות באותו תדר. ככל שהן מיושרות טוב יותר, כך נלכד יותר אות, והעברת האנרגיה ממקסימלית כאשר הקיטובים 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, קיטוב זה הגיוני רק בסביבה יבשתית. קיטוב אלכסוני נמצא בזווית של ±45 מעלות למישור הייחוס האופקי. בעוד שזוהי למעשה צורה נוספת של קיטוב ליניארי, 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 אלכסונית שימושיות כאשר הקיטוב של אנטנה אחת 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 ככל שהאות מתפשט. כאשר מסובבים ימינה (מבט החוצה מהמשדר), קיטוב מעגלי נקרא קיטוב מעגלי ימני (RHCP); כאשר מסובבים שמאלה, קיטוב מעגלי שמאלי (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 שאינם בפאזה. שלושה תנאים נדרשים כדי ליצור אות CP. שדה ה-E חייב להיות מורכב משני רכיבים אורתוגונליים; שני הרכיבים חייבים להיות בזווית של 90 מעלות מחוץ לפאזה ובעלי משרעת שווה. דרך פשוטה לייצר CP היא להשתמש באנטנה סלילית.
קיטוב אליפטי (EP) הוא סוג של CP. גלים מקוטבים אליפטיים הם ההגבר המופק על ידי שני גלים מקוטבים ליניארית, כמו גלי CP. כאשר שני גלים מקוטבים ליניארית ניצבים זה לזה עם אמפליטודות לא שוות משולבים, נוצר גל מקוטב אליפטי.
אי-ההתאמה בקיטוב בין אנטנות מתוארת על ידי מקדם אובדן הקיטוב (PLF). פרמטר זה מבוטא בדציבלים (dB) והוא פונקציה של הפרש זווית הקיטוב בין אנטנת השידור והקליטה. תיאורטית, ה-PLF יכול לנוע בין 0 dB (ללא אובדן) עבור אנטנה מיושרת בצורה מושלמת ל-dB אינסופי (אובדן אינסופי) עבור אנטנה אורתוגונלית לחלוטין.
אולם, במציאות, היישור (או חוסר היישור) של הקיטוב אינו מושלם מכיוון שהמיקום המכני של האנטנה, התנהגות המשתמש, עיוות ערוצים, השתקפויות מרובות נתיבים ותופעות אחרות עלולות לגרום לעיוות זוויתי מסוים של השדה האלקטרומגנטי המשודר. בתחילה, תהיה "דליפה" של 10-30 dB או יותר של קיטוב צולב מהקיטוב האורתוגונלי, אשר במקרים מסוימים עשויה להספיק כדי להפריע לשחזור האות הרצוי.
לעומת זאת, עוצמת ה-PLF בפועל עבור שתי אנטנות מיושרות עם קיטוב אידיאלי עשויה להיות 10 dB, 20 dB או יותר, בהתאם לנסיבות, ועשויה להפריע לשחזור האות. במילים אחרות, קיטוב צולב לא מכוון ועוצמת ה-PLF יכולים לפעול בשני הכיוונים על ידי הפרעה לאות הרצוי או הפחתת עוצמת האות הרצויה.
למה להתעניין בקיטוב?
קיטוב פועל בשתי דרכים: ככל ששתי האנטנות מיושרות יותר ובעלות קיטוב זהה, כך עוצמת האות הנקלטת טובה יותר. לעומת זאת, יישור קיטוב לקוי מקשה על מקלטים, בין אם מכוונים לכך ובין אם לא, ללכוד מספיק מהאות הרצוי. במקרים רבים, ה"ערוץ" מעוות את הקיטוב המשודר, או שאחת האנטנות או שתיהן אינן בכיוון סטטי קבוע.
בחירת הקיטוב שבו יש להשתמש נקבעת בדרך כלל על ידי ההתקנה או תנאי האטמוספירה. לדוגמה, אנטנה מקוטבת אופקית תציג ביצועים טובים יותר ותשמור על הקיטוב שלה כאשר היא מותקנת ליד התקרה; לעומת זאת, אנטנה מקוטבת אנכית תציג ביצועים טובים יותר ותשמור על ביצועי הקיטוב שלה כאשר היא מותקנת ליד קיר צדדי.
אנטנת הדיפול הנפוצה (רגילה או מקופלת) מקוטבת אופקית בכיוון ההרכבה ה"רגיל" שלה (איור 4) ולעתים קרובות מסובבת ב-90 מעלות כדי לקבל קיטוב אנכי בעת הצורך או כדי לתמוך במצב קיטוב מועדף (איור 5).
איור 4: אנטנת דיפול בדרך כלל מותקנת אופקית על התורן שלה כדי לספק קיטוב אופקי.
איור 5: עבור יישומים הדורשים קיטוב אנכי, ניתן להרכיב את אנטנת הדיפול בהתאם למקום שבו האנטנה נתפסת.
קיטוב אנכי משמש בדרך כלל עבור מכשירי רדיו ניידים ניידים, כמו אלה המשמשים את כוחות ההצלה, מכיוון שעיצובים רבים של אנטנות רדיו מקוטבות אנכית מספקים גם דפוס קרינה רב-כיווני. לכן, אין צורך לכוון מחדש אנטנות כאלה גם אם כיוון הרדיו והאנטנה משתנים.
אנטנות תדר גבוה (HF) של 3-30 מגה-הרץ בנויות בדרך כלל מחוטים ארוכים פשוטים המושתלים יחד אופקית בין סוגריים. אורכן נקבע על ידי אורך הגל (10-100 מטר). אנטנה מסוג זה מקוטבת באופן טבעי אופקית.
ראוי לציין כי ההתייחסות לתחום זה כ"תדר גבוה" החלה לפני עשרות שנים, כאשר 30 מגהרץ אכן הייתה תדר גבוה. למרות שתיאור זה נראה כיום מיושן, זהו ייעוד רשמי של איגוד התקשורת הבינלאומי ועדיין נמצא בשימוש נרחב.
ניתן לקבוע את הקיטוב המועדף בשתי דרכים: שימוש בגלי קרקע לאיתות קצר טווח חזק יותר על ידי ציוד שידור המשתמש בפס הגל הבינוני (MW) 300 קילוהרץ - 3 מגה-הרץ, 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 ביצועי גלי שמיים טובים יותר.
קיטוב מעגלי נמצא בשימוש נרחב עבור לוויינים מכיוון שכיוון הלוויין ביחס לתחנות קרקע ולוויינים אחרים משתנה כל הזמן. היעילות בין אנטנות שידור וקליטה היא הגבוהה ביותר כאשר שתיהן מקוטבות באופן מעגלי, אך ניתן להשתמש באנטנות מקוטבות ליניארית עם אנטנות CP, אם כי קיים גורם אובדן קיטוב.
קיטוב חשוב גם עבור מערכות 5G. חלק ממערכי האנטנות מרובי הקלט/פלט (MIMO) של 5G משיגים תפוקה מוגברת באמצעות קיטוב כדי לנצל בצורה יעילה יותר את הספקטרום הזמין. זה מושג באמצעות שילוב של קיטובי אותות שונים וריבוב מרחבי של האנטנות (גיוון מרחבי).
המערכת יכולה לשדר שני זרמי נתונים מכיוון שזרמי הנתונים מחוברים באמצעות אנטנות מקוטבות אורתוגונליות עצמאיות וניתן לשחזר אותם באופן עצמאי. גם אם קיים קיטוב צולב מסוים עקב עיוות נתיב וערוץ, השתקפויות, ריבוי נתיבים ופגמים אחרים, המקלט משתמש באלגוריתמים מתוחכמים כדי לשחזר כל אות מקורי, וכתוצאה מכך שיעורי שגיאות סיביות (BER) נמוכים ובסופו של דבר ניצול משופר של הספקטרום.
לסיכום
קיטוב הוא מאפיין חשוב של אנטנה שלעתים קרובות מתעלמים ממנו. קיטוב ליניארי (כולל אופקי ואנכי), קיטוב אלכסוני, קיטוב מעגלי וקיטוב אליפטי משמשים עבור יישומים שונים. טווח ביצועי ה-RF מקצה לקצה שאנטנה יכולה להשיג תלוי בכיוונה היחסי וביישור שלה. לאנטנות סטנדרטיות יש קיטובים שונים והן מתאימות לחלקים שונים של הספקטרום, ומספקות את הקיטוב המועדף עבור יישום היעד.
מוצרים מומלצים:
| RM-DPHA2030-15 | ||
| פרמטרים | טיפוסי | יחידות |
| טווח תדרים | 20-30 | גיגה-הרץ |
| לְהַשִׂיג | 15 טיפוסי. | dBi |
| VSWR | 1.3 טיפוסי. | |
| קיטוב | כָּפוּל ליניארי | |
| בידוד חוצה פולין | 60 טיפוסי. | dB |
| בידוד נמל | 70 טיפוסי. | dB |
| מַחבֵּר | SMA-Fאימייל | |
| חוֹמֶר | Al | |
| גימור | צֶבַע | |
| גוֹדֶל(אורך*רוחב*גובה) | 83.9*39.6*69.4±5) | mm |
| מִשׁקָל | 0.074 | kg |
| RM-BDHA118-10 | ||
| פָּרִיט | מִפרָט | יְחִידָה |
| טווח תדרים | 1-18 | גיגה-הרץ |
| לְהַשִׂיג | 10 טיפוסים. | dBi |
| VSWR | 1.5 טיפוסי. | |
| קיטוב | ליניארי | |
| בידוד קרוס פו. | 30 טיפוסי. | dB |
| מַחבֵּר | SMA-נקבה | |
| גימור | Pלא | |
| חוֹמֶר | Al | |
| גוֹדֶל(אורך*רוחב*גובה) | 182.4*185.1*116.6±5) | mm |
| מִשׁקָל | 0.603 | kg |
| RM-CDPHA218-15 | ||
| פרמטרים | טיפוסי | יחידות |
| טווח תדרים | 2-18 | גיגה-הרץ |
| לְהַשִׂיג | 15 טיפוסי. | dBi |
| VSWR | 1.5 טיפוסי. |
|
| קיטוב | כָּפוּל ליניארי |
|
| בידוד חוצה פולין | 40 | dB |
| בידוד נמל | 40 | dB |
| מַחבֵּר | SMA-F |
|
| טיפול פני השטח | Pלא |
|
| גוֹדֶל(אורך*רוחב*גובה) | 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 | גיגה-הרץ |
| לְהַשִׂיג | 22 טיפוסי. | dBi |
| VSWR | 1.3 טיפוסי. |
|
| קיטוב | כָּפוּל ליניארי |
|
| בידוד חוצה פולין | 60 טיפוסי. | dB |
| בידוד נמל | 67 טיפוסי. | dB |
| מַחבֵּר | WR10 |
|
| חוֹמֶר | Cu |
|
| גימור | זָהוּב |
|
| גוֹדֶל(אורך*רוחב*גובה) | 69.3*19.1*21.2 (±5) | mm |
| מִשׁקָל | 0.015 | kg |
זמן פרסום: 11 באפריל 2024
