Antena spiralna: 7 ważnych faktów, które powinieneś wiedzieć

Kredyt na okładkę - Przedstawiona usługa: siły powietrzne
Operator kamery: SSGT LOUIS COMEGER, Antena SATCOM Hammer Ace, oznaczony jako domena publiczna, więcej informacji na ten temat Wikimedia Commons

Punkty do dyskusji

Wprowadzenie do anteny helikalnej

            Aby zdefiniować antenę helikalną, musimy wcześniej znać prawidłową definicję anteny. Zgodnie ze standardowymi definicjami anten lub promienników IEEE,

„Antena jest medium do transmisji i odbioru fal radiowych”.

Istnieje kilka adaptacji anten. Niektóre z nich to - anteny dipolowe, tubowe, okresowe, krosowe, szerokopasmowe itp.

Helical Antena
Helical Antenna, Image Credit -
"Anteny helikalne, 1951”(CC BY-NC-ND 2.0) przez NASAJPL

          Anteny spiralne lub anteny spiralne to jedna z kategorii anten szerokopasmowych. Jest to jedna z najprostszych, pierwotnych i realistycznych anten o konstrukcji spiralnej, zbudowanej z przewodzącego drutu nawiniętego.

Co to jest antena tubowa? Badać tutaj!

Analiza i konfiguracja geometryczna

          Anteny helikalne lub anteny spiralne są zwykle dostarczane z płaszczyzną uziemienia, która ma zdolność przyjmowania różnych form. Aby ustanowić typowe połączenie śrubowe z płaszczyzną uziemienia, średnica płaszczyzny uziemienia powinna wynosić minimum 3 * λ / 4. Chociaż samolot może zostać przetoczony do krateru o kształcie cylindrycznym. W punkcie zasilania linie transmisyjne spotykają się z anteną.

Zasada anteny helikalnej
Geometria helikalnej anteny, źródło zdjęcia - UlfbastelaZasada anteny helikalnejCC BY-SA 3.0

          Opis geometryczny anteny spiralnej składa się zazwyczaj z liczby N zwojów, średnicy D i odległości między dwiema spiralnymi pętlami S.

Cała długość jest określona wzorem -> L = N S.

Cała długość przewodu przewodzącego jest określona wzorem -> Ln = NL0 (Niesie prąd przede wszystkim oczywiście!)

 Albo Ln = N (C2 + S2); Ł0 = (C2 + S2)

L0 reprezentuje wymiar drutu między dwiema spiralnymi pętlami. Właściwie podaje długość.

C reprezentuje cały obwód spiralnej pętli i jest podane przez -> π D.

Jest jeszcze jeden parametr anteny spiralnej lub helikalnej, który również jest bardzo ważny. Jest reprezentowany przez alfabet grecki alfa (α) i określany jako „kąt pochylenia”. Ten kąt jest ogólnie miarą kąta linii - normalnej do drutu spirali i stromego gruntu do osi spirali. Wyrażenie matematyczne podano poniżej.

α = jasnobrązowy-1 (S / C)

lub α = tan-1 (S / π D)

Uważnie obserwując równanie, można wywnioskować, że gdy kąt zmierza do 0 stopni, uzwojenie zostaje zdeptane; w rezultacie antena spiralna zostaje zmniejszona i staje się podobna do prostej anteny pętlowej. Ponownie, gdy kąt osiągnie 90 stopni, antena staje się przewodem liniowym. Gdy kąt jest mniejszy niż 90 stopni i większy niż 0 stopni, praktyczna helisa ma skończoną wartość obwodu.

Parametry architektoniczne mogą zmienić właściwości promieniowania anten spiralnych. Kontrolowanie parametrów geometrycznych będzie zmieniać właściwości promieniowania związane z długością fali. Impedancja wejściowa ma związek z kątem nachylenia i rozmiarem przewodzącego przewodu, jako zmiana wartości kąta nachylenia, a rozmiar przewodu zmieni wartości impedancji wejściowej.

Anteny helikalne zwykle wykazują polaryzację eliptyczną, chociaż można je zaprojektować tak, aby wykazywały polaryzację kołową i liniową.

Tryby operacyjne

Anteny spiralne mogą działać w wielu typach trybów operacyjnych. Istnieją dwa istotne i zasadnicze tryby operacyjne, które omówimy szczegółowo w drugiej części tego artykułu. Te dwa tryby to -

Trójwymiarowe figury obu rodzajów trybów operacji podano poniżej.

Tryby pracy
Wzór promieniowania w trybie normalnym i osiowym anteny helikalnej; Kredyt obrazu - ocw.ump

Jak widać na standardowym rysunku, ma maksimum w wyimaginowanej płaszczyźnie, która jest prostopadła do osi, a jego wartość zerowa jest wzdłuż osi. Wzór mocy jest bardzo podobny do kształtu okrągłej pętli.

Teraz maksimum jest wzdłuż długości helisy dla trybu ognia końcowego, a wzór mocy jest podobny do szyku końcowego ognia. Dlatego tryb ten nosi nazwę „End Fire Mode”.

Osiowy tryb pracy jest bardziej preferowany niż standardowy tryb działania, ponieważ jest bardziej realistyczny lub praktyczny, ma lepszą wydajność i może wykazywać polaryzację kołową przy szerszym paśmie. Antenę spolaryzowaną eliptycznie można opisać jako sumę dwóch zewnętrznych mechanizmów wyłożonych w kwadraturze fazowo-czasowej.

Co robi linia przesyłowa? Badać!

Tryb normalny anten spiralnych

Jak omówiono wcześniej, tryb helikalny anteny ma maksymalne promieniowanie skierowane na płaszczyznę prostopadłą do osi helisy, a promieniowanie zerowe przebiega wzdłuż jej osi. Normalny tryb pracy anteny helikalnej lub pracy w trybie broadside można osiągnąć porównując długość fali, czyli NL0 << λ0.

Architektura spirali sprowadza się do pętli o średnicy D, gdy kąt nachylenia dochodzi do 0 do drutu z linką o długości S i zbliża się do 90 stopni. Nos, ponieważ geometria helisy stała się pętlą i dipolem, promieniowanie pola dalekiego w tym trybie pracy można przedstawić odpowiednio przez Eϕ i Eϴ składowe dipola i pętli spiralnej.

Helisę można opisać jako liczbę N małych pętli i taką samą liczbę małych dipoli. Są ze sobą połączone szeregowo. Areny są obliczane przy użyciu superpozycji innych pól z podstawowych części. Osie pętli i dipola pokrywają się z osią helisy.

Ponieważ ten model ma małe wymiary, zakłada się, że prąd jest stały. Jego działanie można określić poprzez zsumowanie pól wypromieniowywanych przez mniejsze pętle o średnicy D i krótki dipol o długości S.

Pole elektryczne pola dalekiego jest podane jako -

Eϴ = j * η * k * ja0 * S * e-jkr sinϴ / 4πr

Ciebieϕ część jest określona przez -

Eϕ = η * k2 * (D / 2)2 * JA0 * e-jkr Sinϴ / 4r

Stosunek Eϴ i Eϕ daje stosunek osiowy. Wyrażenie matematyczne podano poniżej.

AR = | miϴ | / | miϕ |

Lub AR = 4S / πkD2

Lub AR = 2λS / (πD)2

Kąt pochylenia podaje się jako - α = jasnobrązowy-1 (π D / 2λ0)

Osiowy tryb pracy anteny helikalnej

Osiowy tryb pracy jest bardziej preferowany niż standardowy tryb pracy, ponieważ jest bardziej realistyczny lub praktyczny, ma lepszą wydajność i może wykazywać polaryzację kołową przy szerszym paśmie.

          Ten tryb uzyskuje się przez ustawienie dużych S i D. Istnieją pewne wymagania dotyczące uzyskania polaryzacji kołowej. Zakres obwodu helisy powinien mieścić się w podanym poniżej zakresie.

4/3> λ0/ C> ¾

Kąt nachylenia ma również ograniczony zakres. Zakres kąta pochylenia podano poniżej.

12o ≤ α ≤ 14o

Zakres impedancji zacisków dla tego trybu pracy wynosi od stu do dwustu omów.

Poniższa operacja matematyczna oblicza wzmocnienie. W poniższym równaniu S oznacza odległość między dwoma zwojami, a N reprezentuje całkowitą liczbę zwojów w antenie helikalnej.

G = 15 (C/λ) 2 * (NS/λ)

Szerokość pasma anteny śrubowej o połowie mocy dla tego trybu pracy jest określona za pomocą następującego wyrażenia matematycznego.

HPBW = 52 / [(C / λ) * √ {(NS / λ)}]

Pełną zerową szerokość pasma anteny śrubowej dla tego trybu pracy podaje się za pomocą następującego wyrażenia matematycznego.

FNBW = 115 λ3/2 / C * (NS)

Sprawdź wzór promieniowania anteny Yagi Uda!

Konstrukcja anteny helikalnej

  • Impedancja wejściowa jest oznaczona jako „R”. Równanie matematyczne dla „R” to - R = 140 (C / λ0).
  • Szerokość pasma anteny śrubowej o połowie mocy dla tego trybu pracy jest określona za pomocą następującego wyrażenia matematycznego. Ma dokładność około plus minus dwadzieścia procent. Jest to miara kąta i ma jednostkę w stopniach.

HPBW = 52 λ3/2 / C * (NS)

  • Pełną zerową szerokość pasma anteny śrubowej dla tego trybu pracy podaje się za pomocą następującego wyrażenia matematycznego. Reprezentuje miarę szerokości wiązki wśród zer. Ma również jednostkę w stopniach.

FNBW = 115 λ3/2 / C * (NS)

  • D0 reprezentuje kierunkowość anteny. Równanie matematyczne to -

D0 = 15 * N * C2S / λ03

  • Poniższy termin matematyczny określa stosunek osiowy lub AR.

AR = 2BA + 1 / 2BA

  • Poniższe wyrażenia podają uogólniony wzorzec pola dalekiego.

E = sin (π / 2N) cosϴ sin [(N / 2) * Ψ] / sin (Ψ / 2)

Ψ jest podane przez inne równanie matematyczne, które jest dalej podane jako Ψ = k0[S * cos ϴ - (L.0/ p)]

                    Wartość „p” dla ogólnej tablicy końcowej wynosi

p = (L.0/ λ0) * (S / λ0 + 1)

                    Wartość „p” dla promieniowania pożaru pożaru składowiska Hansena wynosi

                                        p = (L.0/ λ0) * [S / λ0 + {(2N + 1) / 2BA)}]

Zastosowania anteny helikalnej

Antena spiralna ma kilka zastosowań w nowoczesnych technologiach komunikacyjnych. Ma kilka wyjątkowych zastosowań ze względu na swoją konstrukcję i wzorce promieniowania. Niektóre aplikacje anten spiralnych są wymienione poniżej.

Nabycie traqueur

Satelitarna antena helikalna śledząca,

Kredyt na zdjęcia - Król bękartNabycie traqueurCC BY-SA 3.0

  • Anteny helikalne skutecznie emitują sygnały o bardzo wysokich częstotliwościach.
640px UHF CB z odsłoniętą gumową kaczuszką
Bardzo powszechna forma anteny spiralnej, źródło zdjęcia - Strzelajthedevgru at Angielska WikipediaUHF CB z odsłoniętą gumową kaczuszkąCC BY-SA 3.0
  • Anteny helikalne są często używane do komunikacji kosmicznej i komunikacji satelitarnej.
  • Komunikacja między dwiema planetami jest możliwa dzięki tego typu antenom.