Nyheter - Helisk antenne: Det ideelle valget for bredbåndssirkulær polarisering

ENSpiralantenneer et typisk eksempel på en trådantenne, karakterisert av sin spiralformede struktur. Det er en bredbåndsantenne som er egnet for VHF- og UHF-bånd.

Den spiralformede antennen opererer over et frekvensområde på omtrent 30 MHz til 3 GHz, og dekker primært VHF- og UHF-båndene.

Konstruksjons- og arbeidsprinsippene til en spiralantenne

En spiralantenne dannes ved å vikle en leder i en spiralform og koble den til et jordplan via en mateledning. Med en enkel struktur genererer den naturlig sirkulært polariserte bølger og er mye brukt i utenomjordisk kommunikasjon, for eksempel satellittrelésystemer.

Figuren ovenfor viser et spiralantennesystem som brukes til satellittkommunikasjon. Slike antenner krever vanligvis god plass til utendørs installasjon.

Spiralantennen består av en spole av tykk kobbertråd eller -rør formet som en helix, som fungerer sammen med et flatt metalljordplan. Den ene enden av helixen er koblet til den midtre lederen på koaksialkabelen, mens den ytre lederen er festet til jordplanet.

Bildet ovenfor illustrerer strukturen til en spiralantenne, med en detaljert visning av komponentene.

Strålingsegenskapene til en spiralantenne bestemmes primært av helixdiameteren, avstanden mellom vindingene (pitch) og pitchvinkelen.

Stigningsvinkelen er definert som vinkelen mellom tangenten til heliksen og planet normalt på heliksens akse, og er gitt av:

Hvor:

•D er diameteren til heliksen

•S er stigningen (senteravstanden mellom tilstøtende vindinger)

•α er stigningsvinkelen

Driftsmodus

Spiralantenner opererer i to primære moduser:

• Normal modus (også kjent som vinkelrett strålingsmodus)

• Aksialmodus (også kjent som endebrannmodus eller strålestrålingsmodus)

Hver modus er beskrevet i detalj nedenfor.

I normal strålingsmodus er det utstrålte feltet vinkelrett på helixaksen, og den utstrålte bølgen er sirkulært polarisert. Denne modusen oppnås når helixdimensjonene er små i forhold til bølgelengden. I dette tilfellet kan strålingsegenskapene til den helixformede antennen betraktes som en kombinasjon av en kort dipolantenne og en sløyfeantenne.

Figuren ovenfor illustrerer strålingsmønsteret til en spiralantenne som opererer i normal modus.

Denne modusen bestemmes av helixdiameteren D og avstanden mellom vindingene S. Ulempene med denne driftsmodusen inkluderer lav strålingseffektivitet og smal båndbredde; derfor brukes den sjelden i praktiske applikasjoner.

Aksialmodus

I aksial strålingsmodus viser det utstrålte feltet endeildkarakteristikker langs helixaksen, og den utstrålte bølgen er sirkulært eller nesten sirkulært polarisert. Denne modusen oppnås når helixomkretsen økes til størrelsesorden én bølgelengde (λ) og avstanden mellom vindingene er omtrent λ/4. Under disse forholdene er strålingsmønsteret bredt langs aksen med retningskarakteristikker, og sidelober vises i vinkler forskjøvet fra aksen.

Figuren ovenfor illustrerer strålingsmønsteret til en spiralantenne som opererer i aksial modus.

Når antennen er konstruert for høyresirkulært polariserte (RHCP) bølger, vil den ikke motta venstresirkulært polariserte (LHCP) bølger, og omvendt. Denne driftsmodusen er enkel å implementere og brukes oftere i praktiske applikasjoner.

De viktigste fordelene med spiralantennen er som følger:

•Enkel struktur og lett å designe

• Høy retningsvirkning

• Bred båndbredde

•Kan utføre sirkulær polarisering

• Passer for HF- og VHF-bånd

De viktigste bruksområdene for spiralantennen er som følger:

• Enkeltstående spiralformede antenner eller deres matriser brukes til VHF-signaloverføring og -mottak

• Mye brukt i kommunikasjonssystemer for satellitter og romsonder

• Brukes i telemetriforbindelser mellom ballistiske missiler, satellitter og jordstasjoner

•Brukes til å etablere kommunikasjon mellom månen og jorden

• Spiller også en viktig rolle i radioastronomiapplikasjoner