Novice - Spiralna antena: Idealna izbira za širokopasovno krožno polarizacijo

ASpiralna antenaje tipičen primer žične antene, za katero je značilna spiralna struktura. Je širokopasovna antena, primerna za VHF in UHF pasove.

Spiralna antena deluje v frekvenčnem območju od približno 30 MHz do 3 GHz, pokriva pa predvsem VHF in UHF pasove.

Konstrukcija in načela delovanja spiralne antene

Spiralna antena je oblikovana tako, da se prevodnik navije v spiralno obliko in ga preko napajalnega voda poveže z ozemljitveno ravnino. Z enostavno strukturo naravno ustvarja krožno polarizirane valove in se pogosto uporablja v nezemeljskih komunikacijah, kot so satelitski relejni sistemi.

Zgornja slika prikazuje spiralni antenski sistem, ki se uporablja za satelitske komunikacije. Takšne antene običajno zahtevajo veliko prostora za namestitev na prostem.

Spiralna antena je sestavljena iz tuljave iz debele bakrene žice ali cevi, oblikovane v vijačnico, ki deluje skupaj z ravno kovinsko ozemljitveno ploščo. En konec vijačnice je priključen na osrednji vodnik koaksialnega kabla, zunanji vodnik pa na ozemljitveno ploščo.

Zgornja slika prikazuje strukturo spiralne antene s podrobnim prikazom njenih komponent.

Sevalne značilnosti spiralne antene so v prvi vrsti določene s premerom vijačnice, razmikom med zavoji (nagibom) in kotom nagiba.

Kot nagiba je definiran kot kot med tangento na vijačnico in ravnino, ki je pravokotna na os vijačnice, in je podan z:

Kje:

• D je premer vijačnice

• S je korak (razmik med središči med sosednjimi zavoji)

•α je kot nagiba

Način delovanja

Spiralne antene delujejo na dva glavna načina:

• Normalni način (znan tudi kot način pravokotnega sevanja)

• Aksialni način (znan tudi kot način končnega ognja ali način sevanja žarka)

Vsak način je podrobno opisan spodaj.

V normalnem načinu sevanja je sevano polje pravokotno na os vijačnice, sevani val pa je krožno polariziran. Ta način se doseže, ko so dimenzije vijačnice majhne glede na valovno dolžino. V tem primeru lahko sevalne značilnosti vijačne antene obravnavamo kot kombinacijo kratke dipolne antene in zančne antene.

Zgornja slika prikazuje vzorec sevanja spiralne antene, ki deluje v normalnem načinu.

Ta način delovanja je določen s premerom vijačnice D in razmikom med zavoji S. Slabosti tega načina delovanja vključujejo nizko učinkovitost sevanja in ozko pasovno širino, zato se v praktičnih aplikacijah redko uporablja.

Aksialni način

V aksialnem načinu sevanja ima sevano polje značilnosti končnega ognja vzdolž osi vijačnice, sevani val pa je krožno ali skoraj krožno polariziran. Ta način se doseže, ko se obseg vijačnice poveča na velikost ene valovne dolžine (λ) in je razmik med zavoji približno λ/4. V teh pogojih je vzorec sevanja širok vzdolž osi s smernimi značilnostmi, stranski režnji pa se pojavijo pod koti, ki so odmaknjeni od osi.

Zgornja slika prikazuje diagram sevanja spiralne antene, ki deluje v aksialnem načinu.

Ko je antena zasnovana za desno krožno polarizirane (RHCP) valove, ne bo sprejemala levo krožno polariziranih (LHCP) valov in obratno. Ta način delovanja je enostaven za izvedbo in se pogosteje uporablja v praktičnih aplikacijah.

Glavne prednosti spiralne antene so naslednje:

• Preprosta struktura in enostavno oblikovanje

• Visoka usmerjenost

• Široka pasovna širina

• Zmogljiv za krožno polarizacijo

• Primerno za HF in VHF pasove

Glavne uporabe spiralne antene so naslednje:

• Za prenos in sprejem VHF signala se uporabljajo enojne spiralne antene ali njihovi nizi

• Široko uporabljan v komunikacijskih sistemih satelitov in vesoljskih sond

• Uporablja se v telemetričnih povezavah med balističnimi raketami, sateliti in zemeljskimi postajami

•Uporablja se za vzpostavitev komunikacije med Luno in Zemljo

• Igra tudi pomembno vlogo v radioastronomskih aplikacijah