O que é uma antena MiMo de polarização dupla? Guia completo

Compreender a tecnologia de antenas é crucial para qualquer pessoa que trabalhe no sector das comunicações sem fios. As antenas de polarização dupla são um componente essencial que afecta grandemente a funcionalidade dos sistemas de comunicação comm modernos, e este guia ajudá-lo-á a compreendê-las. No mundo da tecnologia em rápida evolução, é importante compreender as antenas de polarização dupla e o seu significado. Na vanguarda da melhoria dos sistemas de comunicação co1TP8, essas antenas prometem maior qualidade de sinal e utilização mais eficaz da largura de banda.

Entrada múltipla e saída múltipla (MIMO) tornou-se a base para aumentar a largura de banda da rede, a eficiência espetral e as taxas de dados. Para alcançar essas melhorias, a polarização dupla Antenas MIMO são essenciais devido à sua capacidade de enviar e receber sinais em polarizações ortogonais.

As variedades, os benefícios, as comparações com as antenas de polarização única e os vários usos das antenas de polarização dupla são abordados em detalhes neste artigo. Este guia completo oferece uma visão das antenas MIMO de polarização dupla, abrangendo tudo, desde os fundamentos teóricos até as aplicações no mundo real.

O que é uma antena de polarização dupla?

Quando se trata de enviar e receber sinais em dois planos de polarização diferentes, geralmente horizontal e vertical, uma antena de polarização dupla é uma excelente ferramenta. Esta caraterística dupla é essencial para uma comunicação co1TP8 eficaz, uma vez que permite duplicar a capacidade de um sistema de comunicação co1TP8 sem exigir mais largura de banda ou potência de transmissão.

A polaridade dupla refere-se simplesmente à capacidade de uma antena de enviar e receber sinais simultaneamente em dois planos separados. Para o conseguir, são utilizados dois conjuntos de elementos ou antenas colocados em ângulos rectos entre si. Normalmente na horizontal e na vertical, os dois conjuntos de dispositivos são concebidos para enviar e receber sinais em dois planos ortogonais. A diversidade de sinais melhorada e a rejeição de interferências são duas vantagens das antenas de dupla polaridade, essenciais para manter comunicações fiáveis em vários tipos de ambientes.

Como é que funciona?

As antenas duplamente polarizadas funcionam enviando e recebendo simultaneamente sinais em duas polarizações distintas. O termo "polarização" descreve como as ondas eletromagnéticas são orientadas durante sua propagação espacial. As ondas eletromagnéticas em uma antena monopolarizada se propagam na direção vertical ou horizontal. Mas numa antena de polarização dupla, as ondas vão em duas direcções ortogonais, normalmente vertical e horizontal.

As antenas duplamente polarizadas conseguem isso tendo dois conjuntos de elementos radiantes, cada um orientado numa polarização distinta. Normalmente, é utilizada uma disposição polarizada cruzada destes elementos radiantes, com um conjunto de elementos alinhados verticalmente e o outro horizontalmente.

A antena de dupla polarização tem a capacidade de transmitir simultaneamente sinais nas polarizações vertical e horizontal. Graças a isto, podem ser transmitidos dois fluxos de dados separados na mesma gama de frequências. De forma semelhante, a antena pode receber simultaneamente sinais em ambas as polarizações, duplicando assim a quantidade de dados recebidos.

As antenas de dupla polarização têm a vantagem de duplicar o rendimento de um canal de comunicação, transmitindo e recebendo mais dados na mesma banda de frequência. Por este motivo, são muito eficazes em espectros com muita gente, onde é crucial maximizar a transmissão de dados.

Para que é utilizada uma antena de polarização dupla?

Os sinais com duas polarizações distintas podem ser enviados e recebidos simultaneamente utilizando uma antena de polarização dupla. Com ela, é possível enviar e receber dois sinais ou fluxos de dados distintos na mesma gama de frequências. Este tipo de antena é frequentemente utilizado em sistemas de comunicação sem fios para permitir a transmissão e receção simultâneas de vários sinais, aumentando assim a capacidade e a eficiência do sistema. Os sistemas de radar também a utilizam para distinguir os sinais reflectidos por vários objectos de acordo com a sua polarização.

Tipos de polarização de antenas

Polarização vertical

Na polarização vertical, o campo elétrico da onda electromagnética oscila verticalmente em relação à superfície da Terra. Neste caso, o campo elétrico está orientado perpendicularmente ao solo. Na comunicação por satélite, na transmissão televisiva e na comunicação sem fios, este tipo de polarização é também frequentemente utilizado. Este tipo funciona bem em ambientes urbanos, onde os sinais têm de passar efetivamente através de edifícios.

Polarização horizontal

O campo elétrico oscila horizontalmente quando existe uma polarização horizontal. Neste caso, o campo elétrico é paralelo ao solo. A comunicação por satélite e a transmissão televisiva utilizam frequentemente este tipo de polarização. Uma vez que a polarização horizontal perde menos reflexão no solo do que a polarização vertical, é melhor para a comunicação a longa distância, especialmente em áreas rurais.

Polarização cruzada (inclinação dupla ±45°)

Quando duas polarizações são suportadas pela antena em ângulos de ±45° em relação ao eixo horizontal, esta configuração é conhecida como polarização cruzada. Um tipo de polarização utilizado na comunicação móvel é a polarização 45. Descreve a forma como o campo elétrico de uma onda de rádio está orientado em relação à superfície da Terra. Na polarização 45, o campo elétrico está orientado num ângulo de 45 graus em relação à superfície da Terra.
As redes celulares utilizam freqüentemente esse tipo de polarização para reduzir a interferência e melhorar a qualidade do sinal. As antenas de polarização dupla são conhecidas por esta disposição, que é muito útil em sistemas MIMO para reduzir a interferência e melhorar a qualidade do sinal.

Polarização circular: RHCP / LHCP

Quando uma onda se propaga em polarização circular, o campo elétrico gira num padrão circular. A polarização circular à direita (RHCP) e a polarização circular à esquerda (LHCP) são os dois tipos de polarização circular. A comunicação por satélite, o GPS, a RFID, a comunicação sem fios e os sistemas que precisam de funcionar de forma consistente, mesmo com diferentes orientações de sinal, utilizam frequentemente a polarização circular.

Vantagens das antenas de polarização dupla

A polarização dupla oferece várias vantagens em diversas aplicações. Alguns dos principais benefícios incluem:

• Melhoria da qualidade dos dados

 A polarização dupla oferece detalhes adicionais sobre o objeto ou a cena em observação. É possível obter imagens e medições de maior qualidade enviando e recebendo sinais nas polarizações horizontal e vertical, o que permite a recolha de informações mais precisas sobre o objeto.

• Identificação de alvos melhorada  

A polarização dupla facilita a diferenciação entre vários tipos de alvos. Por exemplo, pode ajudar a diferenciar entre chuva, neve, granizo e outras formas de precipitação em aplicações de radar meteorológico. Pode ajudar a distinguir entre diferentes formas de cobertura do solo, incluindo áreas urbanas, florestas e agricultura, na deteção remota.

• Aumento da sensibilidade

Os sistemas de radar podem ser tornados mais sensíveis através da polarização dupla. O radar pode aumentar as capacidades de deteção e medição ao captar mais energia retrodifundida do alvo, enviando e recebendo sinais em duas polarizações.

• Interferências reduzidas

Nos sistemas de radar, a polarização dupla ajuda a reduzir a desordem e a interferência. É possível obter medições mais limpas e mais precisas separando o sinal alvo dos sinais indesejáveis e do ruído de fundo, utilizando ambas as polarizações.

• Desempenho melhorado em condições climatéricas adversas

Em condições adversas, como chuva forte ou neve, a polarização dupla tem melhor desempenho. Ambas as polarizações podem ser utilizadas para aumentar a precisão da medição e reduzir o efeito da atenuação do sinal.

•  Reconhecimento e classificação de alvos melhorados

As tarefas que envolvem o reconhecimento e a classificação de alvos podem beneficiar da polarização dupla. Diferentes tipos de alvos podem ser identificados e categorizados de acordo com as suas caraterísticas de dispersão, examinando as caraterísticas de polarização dos sinais retrodifundidos.

Em geral, com os seus muitos benefícios em termos de qualidade de dados, discriminação de alvos, sensibilidade, redução de interferências, desempenho em condições meteorológicas adversas e reconhecimento de alvos, a polarização dupla é uma ferramenta útil para uma variedade de aplicações, incluindo radar meteorológico, deteção remota e vigilância militar.

Comparação com antenas de polarização única (antenas SISO)

Uma vez que as antenas de polarização única (SISO) utilizam apenas uma polarização, o seu desempenho e capacidade são limitados em situações de propagação complexas. As seguintes distinções significativas entre as antenas SISO e de dupla polarização são apresentadas por comparação,

As antenas monopolarizadas são feitas para enviar e receber sinais em apenas uma polarização, que pode ser vertical ou horizontal. Isto implica que apenas os sinais que estão polarizados na mesma direção podem ser enviados ou recebidos por elas. A intensidade do sinal será significativamente reduzida se a polarização da transmissão e da antena forem diferentes.

Em contrapartida, as antenas de polarização dupla podem emitir e receber sinais nas polarizações vertical e horizontal. Como resultado, elas podem interagir com dispositivos que tenham orientações de polarização diferentes das suas. Como as antenas de polarização dupla podem se ajustar à polarização do sinal de entrada, produzindo sinais mais fortes e claros, elas oferecem um canal de comunicação mais confiável e eficaz.

Em conclusão, a principal diferença entre as antenas monopolarizadas e as antenas bipolarizadas é o facto de as primeiras utilizarem apenas uma polarização, enquanto as segundas utilizam polarizações horizontais e verticais, oferecendo um método mais flexível e eficiente de transmissão de sinais.

Antenas 2×2 vs. 4×4 MIMO

Irá encontrar termos como 2×2, 4×4 e 8×8 MIMO se tiver determinado que necessita de um MIMO em vez de uma única antena. Num sistema MIMO, estes números representam o número de transmissores (o primeiro número) e receptores (o segundo número).

2×2 MIMO

Dois transmissores e dois receptores constituem um sistema MIMO 2×2. As duas antenas serão normalmente "polarizadas transversalmente", que é uma técnica para posicionar as antenas uma sobre a outra em forma de "x" ou "+", de modo que fiquem separadas uma da outra. Dois fluxos de dados podem ser enviados e recebidos simultaneamente com esta configuração. Muitos routers WiFi de consumo e alguns dispositivos 4G e 5G utilizam frequentemente o 2×2 MIMO. Embora o 2×2 não ofereça o mesmo nível de desempenho que os sistemas MIMO de ordem superior, as taxas de dados são normalmente 30% superiores às dos sistemas SISO (Single Input, Single Output). As redes Wi-Fi e LTE utilizam frequentemente esta configuração porque proporciona ligeiras melhorias na cobertura e nas velocidades de dados.

4×4 MIMO

Utilizando quatro transmissores e quatro receptores, um sistema MIMO 4×4 aumenta consideravelmente a capacidade e a fiabilidade da rede. Para aplicações de alta velocidade como 5G e redes sem fios complexas, é muito vantajoso. Isto permite um aumento adicional de 30% na taxa de transferência de dados em relação ao 2×2 MIMO e até quatro fluxos de dados "espacialmente multiplexados". Os routers WiFi topo de gama e alguns dispositivos 4G e 5G de ponta utilizam frequentemente o MIMO 4×4. Na prática, duas antenas com polarização cruzada 2×2 geralmente formam uma antena MIMO 4×4. As antenas são simplesmente colocadas dentro do dispositivo.

Tipos de antenas de polarização dupla

Antena Sectorial de Dupla Polarização

As antenas de sector de polaridade dupla utilizam um padrão de radiação em forma de sector no plano horizontal, tanto para a transmissão como para a receção. É possível obter uma cobertura mais ampla ou omnidirecional através da combinação de várias antenas de sector; a cobertura é frequentemente de 60, 90 ou 120 graus de largura.
As estações de base utilizam antenas de sector com polarização dupla para cobrir sectores específicos. São perfeitas para sistemas de acesso fixo sem fios e redes celulares. Em termos simples, as antenas de sector são antenas de painel maiores com um isolamento e uma directividade melhorados da frente para trás.

Antena de painel de polarização dupla

Estas antenas de painel plano polivalentes são utilizadas para ligações edifício a edifício e comunicações ponto a ponto. As antenas de painel são antenas rectangulares e planas que são normalmente fixadas em paredes ou outras estruturas no exterior ou utilizadas no interior. Para concentrar a cobertura numa determinada região ou direção, oferecem um sinal que é relativamente direcional. Em situações em que existem obstruções entre si e a torre de telemóveis, as antenas de painel podem melhorar o desempenho, uma vez que são geralmente fáceis de apontar e captam bem os sinais reflectidos.

Antena de polarização dupla para montagem no teto

Para uma cobertura sem fios suave, as antenas montadas no teto são concebidas para aplicações interiores, incluindo áreas públicas e escritórios. Devido à sua capacidade de enviar e receber sinais nos planos horizontal e vertical, as antenas de teto com dupla polarização têm vindo a tornar-se cada vez mais comuns. Estas antenas, que são montadas no teto, melhoram a cobertura em interiores, especialmente em locais com muito tráfego.

Antena Omnidirecional de Polarização Dupla

Os sistemas Wi-Fi e de vigilância que necessitam de cobertura de 360 graus utilizam frequentemente antenas omnidireccionais, que emitem sinais em todas as direcções. As antenas omnidireccionais podem enviar e receber sinais dentro de um círculo de 360 graus. Não precisam de ser apontadas para uma torre de telemóveis porque recolhem sinais de todas as direcções. Funcionam bem para aumentar a intensidade do sinal numa vasta gama de operadoras. Funcionam bem em circunstâncias em que existe um sinal moderado a forte.

Antena parabólica de polarização dupla

As antenas parabólicas de polarização dupla proporcionam um ganho elevado e uma focagem precisa do feixe, o que as torna perfeitas para a comunicação a longa distância. A comunicação sem fios de longo alcance utiliza frequentemente antenas parabólicas, que são antenas altamente direcionais. A sua forma parabólica, que ajuda a focar o sinal num feixe estreito, é o que as distingue. Quando é necessário um sinal forte e focado em longas distâncias, as antenas parabólicas são perfeitas, uma vez que podem produzir um ganho muito elevado. Os sistemas de radar e de satélite utilizam-nas amplamente.

Antena Yagi de Polarização Dupla

As antenas Yagi são perfeitas para a comunicação ponto-a-ponto devido às suas caraterísticas direcionais. Um bom exemplo é a antena Yagi de polarização dupla KP Performance, que oferece excelente desempenho em áreas isoladas e rurais. Estas antenas Yagi são concebidas e testadas no terreno para proporcionar uma penetração em árvores e um desempenho superiores.

Aplicações da antena de dupla polarização

As antenas MIMO de polarização dupla são utilizadas em diferentes domínios. Existem muitos sistemas de comunicação sem fios que utilizam antenas de polarização dupla, incluindo sistemas de comunicação por satélite, estações base de telemóveis, redes Wi-Fi e comunicações por micro-ondas ponto-a-ponto. São especialmente úteis em situações que exigem taxas de dados elevadas e uma utilização eficiente do espetro.

1. Ligações de micro-ondas ponto-a-ponto

As ligações de micro-ondas ponto-a-ponto, que exigem um elevado débito de dados a longas distâncias, utilizam frequentemente antenas de polarização dupla. Estas antenas optimizam a eficiência da largura de banda ao suportarem dois fluxos de dados independentes em polarizações ortogonais. Isto é essencial para as redes de backhaul dos operadores móveis, onde é necessária uma transmissão fiável de grandes quantidades de dados. Além disso, o design de polarização dupla melhora a estabilidade do link em implantações de alta densidade, reduzindo a interferência.

2. Estações de base para telemóveis

As antenas de dupla polarização são partes cruciais das estações de base em redes celulares. Permitem tecnologias de ponta como o MIMO, que melhoram a utilização do espetro e a capacidade da rede. Estas antenas garantem a melhor transmissão e receção de sinal possível em locais urbanos e rurais, suportando polarizações verticais e horizontais. Como resultado, os consumidores móveis beneficiam de uma maior cobertura, taxas de dados mais rápidas e melhor conetividade.

3. Redes Wi-Fi

As redes Wi-Fi estão a utilizar cada vez mais antenas de polarização dupla, especialmente em hotspots públicos e ambientes empresariais. O fornecimento de Internet de alta velocidade a vários utilizadores em simultâneo requer uma utilização eficaz do espetro disponível, o que é assegurado pela sua capacidade de lidar com diferentes polarizações. Isto é especialmente útil em locais com muito tráfego, incluindo estádios, centros de conferências e aeroportos, onde é necessário um acesso fiável.

4. Sistemas de comunicação por satélite Co1TP8

As antenas de dupla polarização são essenciais para os sistemas de comunicação por satélite, uma vez que podem facilitar operações simultâneas de ligação ascendente e descendente em polarizações ortogonais. Para além de aumentar a eficiência do espetro, esta disposição permite que os satélites sirvam mais clientes ou aplicações ao mesmo tempo. Além disso, a dupla polarização reduz a interferência causada pela sobreposição de sinais, garantindo uma comunicação fiável e precisa. As aplicações incluem radiodifusão, rastreio meteorológico e GPS.

Factores a considerar ao selecionar as antenas

• Frequência:

A frequência operacional deve estar alinhada com a aplicação pretendida para garantir um desempenho ótimo. Por exemplo, as frequências mais baixas são mais adequadas para comunicações de longa distância, enquanto as frequências mais altas oferecem melhores taxas de dados para aplicações de curto alcance, como Wi-Fi e 5G.

5 As antenas de polarização dupla GHz funcionam na gama 4,9-5,9 GHz, abrangendo bandas não licenciadas como a IEEE 802.11a/n/ac para comunicação Wi-Fi. A transferência de dados de alta velocidade é possível graças à largura de banda substancial disponível nessas freqüências não licenciadas e, como elas não são tão amplamente usadas, há menos interferência do que em freqüências mais baixas.

• Ganho:

Antenas de ganho mais alto oferecem melhor alcance e intensidade de sinal, mas isso geralmente ocorre às custas de uma largura de feixe mais estreita. As antenas de ganho elevado são ideais para comunicação ponto-a-ponto de longa distância, enquanto as antenas de ganho inferior são melhores para áreas de cobertura mais amplas, como em configurações omnidireccionais.

• Isolamento:

Um bom isolamento entre polarizações minimiza a interferência entre os sinais transmitidos e recebidos em polarizações ortogonais. Isto é especialmente importante em sistemas MIMO, onde um isolamento deficiente pode degradar o desempenho e reduzir o débito de dados.

• Polarização:

A seleção da polarização correta melhora a eficiência do sistema ao assegurar o alinhamento ideal do sinal entre o transmissor e o recetor. Por exemplo, a polarização dupla (horizontal e vertical) é ideal para sistemas MIMO, enquanto a polarização circular é benéfica na comunicação por satélite para reduzir a degradação do sinal causada pelas condições atmosféricas.

• Tipo de conetor:

O conetor deve ser compatível com a linha de transmissão do sistema para garantir perda mínima de sinal e transferência eficiente de energia. Os tipos de conectores Common incluem SMA, tipo N e TNC, cada um selecionado com base na gama de frequências, no manuseamento de potência e nas condições ambientais da aplicação.

Porque é que a polarização da antena é importante

A polarização da antena é importante. A orientação das ondas electromagnéticas que uma antena transmite ou recebe é designada por polarização. A polarização da antena tem duas variedades principais: vertical e horizontal.
Para obter melhores resultados, a polarização de uma antena deve coincidir com a polarização do sinal que está a ser enviado ou recebido. Obtém-se uma melhor intensidade e qualidade do sinal quando as polarizações se alinham, permitindo uma transmissão ou receção eficiente.

Se as polarizações não estiverem alinhadas, o sinal pode ter a sua intensidade reduzida ou mesmo ser totalmente bloqueado. Isto acontece porque o sinal sofre um fenómeno conhecido como perda de polarização quando as polarizações são perpendiculares entre si. A intensidade reduzida do sinal e, possivelmente, o fraco desempenho da comunicação resultam desta perda, que ocorre quando o campo elétrico do sinal não consegue acoplar-se à antena.
A polarização da antena influencia a eficiência do sistema e a penetração do sinal, para além do alinhamento. Por exemplo, como a polarização vertical melhora a penetração do sinal sobre obstruções como árvores e edifícios, é frequentemente utilizada para comunicação terra-ar. No entanto, como reduz a interferência de outros sinais com polarizações diferentes, a polarização horizontal é frequentemente utilizada para comunicação ponto-a-ponto.

Para garantir um desempenho ótimo, clareza do sinal, penetração e eficiência do sistema, a polarização da antena é um fator essencial na conceção do sistema.

Conclusão

As antenas de polarização dupla oferecem desempenho, confiabilidade e eficiência aprimorados, tornando-as um avanço importante na tecnologia de comunicação co1TP8. Compreender os efeitos da polarização da antena é essencial para os profissionais de TI negociarem com sucesso a complexidade dos modernos sistemas de comunicação co1TP8. Estas antenas servem de base para 4G, 5G e mais além, combinando um melhor desempenho, um design compacto e uma vasta gama de aplicações. As antenas de polarização dupla desempenharão um papel cada vez mais importante na facilitação dos avanços da conetividade em tecnologias sem fios à medida que a comunicação sem fios continua a desenvolver-se.

As antenas de polarização dupla estão a tornar-se cada vez mais importantes à medida que enfrentamos os desafios da comunicação sem fios. A sua capacidade de aumentar a capacidade de communicação sem exigir recursos adicionais é um grande avanço que significa uma era em que a transmissão de dados será mais fiável, eficiente e rápida do que nunca.

De um modo geral, este artigo realça o papel essencial que as antenas MIMO de polarização dupla desempenham no desenvolvimento de sistemas de comunicação sem fios modernos, descrevendo os conceitos fundamentais, os tipos, as vantagens, as comparações com as antenas de polarização única, as aplicações no mundo real e as considerações importantes em termos de conceção.