Qué es la polarización de una antena y por qué es importante

La polarización es un fenómeno importante que resulta útil en diferentes análisis de ondas electromagnéticas (EM). La comprensión de la polarización desempeña un papel importante en la transmisión máxima de la señal. La transmisión máxima de la señal es el evento en el que se preserva la fidelidad de la señal durante la transmisión. Para lograr la máxima transmisión de la señal, los elementos de antena del transmisor y del receptor deben mantener la misma polarización de antena. Si la polarización no coincide, la intensidad de la señal se reducirá.

En este artículo, discutiremos la importancia de entender la polarización de la antena. Esto incluye una breve historia de la polarización, los tipos de polarización de antenas y los factores que afectan a la polarización. Además, exploraremos algunas de las aplicaciones de la polarización de antenas y cómo se utilizan en diferentes dominios. Este artículo puede servir como una guía breve y concisa de la polarización de antenas.

Fundamentos de la polarización de antenas

Una onda EM está formada por dos campos perpendiculares. Estos campos son:

• Campo eléctrico (campo E)
• Campo magnético (campo H)

Estos dos campos son perpendiculares entre sí y a la dirección de propagación de la onda. La polarización de la antena se define en función de la orientación del campo eléctrico. Por consiguiente, podemos definir la polarización de la antena como la orientación del campo E de la onda EM radiada por la antena transmisora. Se trata de un concepto importante, ya que el campo E es importante cuando consideramos la intensidad de la señal.
En lo que respecta a la historia de la polarización de antenas, James Maxwell es uno de los científicos más influyentes, ya que formuló las ecuaciones de Maxwell para describir la propagación de las ondas EM y la interacción entre el campo E y el campo H. Sin embargo, fue Heinrich Hertz quien demostró experimentalmente la polarización utilizando una antena dipolo a finales de 1880. Sin embargo, fue Heinrich Hertz quien demostró experimentalmente la polarización utilizando una antena dipolo a finales de la década de 1880.

Para comprender la relación fundamental entre la polarización de la antena y las ondas EM es necesario conocer brevemente la definición y la historia de la polarización de la antena. Fundamentalmente, la polarización de la antena puede afectar a las ondas EM,

• Intensidad de la señal en el extremo receptor
• Nivel de interferencia de la señal debido a interferencias multitrayecto y desajuste de polarización

Aparte de estas dos ideas fundamentales, la polarización también puede limitar en gran medida el diseño de la antena. Por lo tanto, es necesario tener una comprensión adecuada acerca de la polarización de la antena antes de un diseño de la antena.

Tipos de polarización de antenas

Existen varios tipos de modos de polarización de antena en función de diferentes circunstancias que dependerían de las condiciones ambientales y de los diseños de antena. Además, dependiendo de las ventajas y desventajas de cada tipo de polarización de antena se utilizan en diferentes formas de medios de comunicación inalámbricos.

Existen tres tipos principales de polarización de antena, a saber,

1. Polarización lineal
2. Polarización circular
3. Polarización elíptica

Polarización horizontal y vertical

Doble polarización oblicua

Polarización lineal

La polarización lineal es el tipo de polarización más frecuente que podemos ver en aplicaciones prácticas. En la polarización lineal, toda la radiación que se transmite se limitará a un plano. Simplemente, aquí el campo E sólo oscilará en una única dirección. Dependiendo de la dirección de oscilación del campo E, existen tres subcategorías de polarización lineal. Estas son:

• Polarización horizontal - Aquí el campo E oscila de lado a lado y puede ser captado por elementos horizontales de una antena.
• Polarización vertical - Aquí el campo E oscila arriba y abajo y puede ser captado por elementos verticales. Una ventaja importante de la polarización vertical es que irradia por igual en el plano horizontal.
• Polarización oblicua - En este caso, el campo E oscila en ángulo con respecto a un plano horizontal o vertical. Los elementos horizontales y verticales de una antena pueden captar la polarización oblicua.

Polarización circular

En este caso, el campo E girará mientras se propaga la señal. Se trata de una forma compleja de polarización si se compara con la polarización lineal, muy utilizada en las aplicaciones de comunicación por satélite. Además, para que se produzca la polarización circular, es necesario que se cumplan tres condiciones. Éstas son:

• El campo E debe tener dos componentes vectoriales ortogonales
• Estos componentes vectoriales deben estar desfasados 90 grados
• Estos componentes vectoriales deben tener la misma magnitud

Dependiendo de la dirección de rotación del campo E existen dos tipos de polarización circular, a saber:

• Polarización circular derecha (RHCP)
• Polarización circular izquierda (LHCP)

Polarización elíptica

La polarización elíptica es una mezcla de polarización lineal y circular. Esta mezcla se debe al desajuste de la magnitud de los componentes del vector ortogonal del campo E que hemos descrito anteriormente en la polarización circular. Al igual que la polarización circular, la polarización elíptica se utiliza ampliamente en las comunicaciones por satélite, así como en los sistemas de radar.

Factores que influyen en la polarización de la antena

Varios factores pueden influir en la polarización de la antena, ya que las ondas EM se propagan libremente en el espacio. Sin embargo, podemos reducir algunos factores clave que pueden tener una influencia sustancial en la polarización de la antena. Estos factores son:

• Factores medioambientales: Aquí el terreno es una preocupación importante. Dependiendo de la naturaleza del terreno, es decir, urbano, rural, etc., el grado de polarización se ve afectado debido a la reflexión, difracción y dispersión de la señal. Además, los obstáculos presentes en el entorno pueden interactuar con la señal a través de la reflexión y la absorción.
• Frecuencia: La frecuencia de transmisión determinará el grado de polarización, donde las frecuencias más altas son más susceptibles a la polarización.
• Diseño de la antena: El tamaño, la forma, la orientación y los distintos elementos de la antena también pueden afectar a la polarización, ya que determinan cómo se recibe y se transmite la señal.
• Consideraciones sobre la propagación de la señal: Otros factores como las condiciones atmosféricas y las distorsiones del canal también pueden afectar a la polarización.

Aplicaciones de la polarización de antenas

Una vez que tenemos una idea general de la polarización de antenas, vamos a investigar algunas de sus aplicaciones más utilizadas. Cuando se trata de sistemas de comunicación inalámbricos, la polarización se utiliza para reducir las interferencias que pueden producirse durante el progreso de la transmisión. Además, si se consigue la polarización deseada, aumentará la claridad de la señal y su intensidad. Por último, en los sistemas de comunicación inalámbricos, como las redes celulares, la polarización se utiliza para aumentar la capacidad del canal al conseguir diferentes tipos de polarización dentro del mismo canal. Asimismo, en los sistemas RFID la polarización puede ser un factor influyente a la hora de determinar el alcance de lectura de los sistemas RFID debido a las interferencias del entorno.

Además, la polarización circular y la polarización elíptica se utilizan ampliamente en los sistemas de satélite y radar debido al alto grado de interferencia en estos sistemas. En el caso de la comunicación por satélite, la introducción de la polarización circular puede compensar eficazmente la distorsión de la señal que puede producirse debido a la rotación de los satélites. Además, estos dos tipos de polarización también pueden utilizarse para estudiar el movimiento de grandes cuerpos celestes en radioastronomía.

Diversidad de polarización

La diversidad de polarización es un caso especial de polarización en el que se transmiten y reciben múltiples versiones de una señal utilizando varios tipos de polarización. Esto es útil para mitigar el desajuste de polarización, ya que la señal se recibirá en diferentes tipos de polarizaciones. Además, también reducirá la degradación de la señal debida a interferencias multitrayecto.

Esta técnica es útil en Sistemas MIMO ya que reducirá el tamaño de las estaciones terminales MIMO y el número de Antenas MIMO. Esta ventaja se consigue utilizando varios tipos de señales polarizadas y bajas correlaciones entre ellas. Sin embargo, a pesar de la ventaja de la diversidad de polarización, lograr esa funcionalidad aumentará el coste del sistema global.

Consideraciones prácticas sobre la polarización de antenas

Por último, veamos algunas consideraciones prácticas importantes que debemos tener en cuenta al utilizar la polarización de antena. Los principales factores pueden resumirse como sigue:

• Alineación y orientación adecuadas: Se trata de un factor crucial que hay que tener en cuenta, ya que afectará a la claridad e intensidad de la señal. Además, hay que tener mucho cuidado al utilizar enlaces de comunicación direccionales.
• Mitigación del desajuste de polarización: El desajuste de polarización puede acabar provocando fallos en la recepción de la señal correcta. Por ello, podemos utilizar técnicas como la diversidad de polarización y la polarización adaptativa.
• Criterios de selección de la antena: Por ejemplo, en las radios móviles portátiles se prefiere la polarización vertical, por lo que la antena dipolo se monta verticalmente. Por otra parte, las antenas de hilo pueden utilizarse en la gama de alta frecuencia, y para las señales polarizadas de frecuencia más alta se utilizan métodos de polarización lineal.

Tendencias y avances futuros

Con los avances en las comunicaciones 5G y 6G, podemos ver un aumento de la investigación en técnicas de polarización adaptativa y el uso de técnicas de aprendizaje automático en las comunicaciones inalámbricas. Además, la investigación en superficies reflectantes inteligentes para antenas adaptativas es otra área de investigación emergente en la industria. Estas tendencias de investigación pueden contribuir a los sistemas de comunicación emergentes que facilitan las aplicaciones IoT (Internet de las cosas), las comunicaciones de drones y las redes vehiculares.

Conclusión

En conclusión, podemos ver que la polarización es un concepto importante que necesitamos entender para tratar con aplicaciones que involucran antenas y sistemas de comunicación. En este artículo, hemos discutido la importancia de la polarización de las antenas, los diferentes tipos y sus aplicaciones. Este breve artículo puede utilizarse como referencia para comprender el concepto de polarización.