Šroubová anténa: 7 důležitých faktů, které byste měli vědět

by

Kredit na titulní obrázek - služba zobrazena: letectvo
Provozovatel kamery: SSGT LOUIS COMEGER, Anténa Hammer Ace SATCOM, označeno jako public domain, více podrobností o Wikimedia Commons

Body diskuse

Úvod do spirálové antény

            Abychom mohli definovat spirálovou anténu, musíme znát správnou definici antény dříve. Podle standardních definic antén nebo radiátorů IEEE,

"Anténa je médium pro vysílání a příjem rádiových vln."

Existuje několik adaptací antén. Některé z nich jsou - dipólové antény, klaksonové antény, logicko-periodické antény, propojovací antény, širokopásmové antény atd.

Spirálová anténa
Spirálová anténa, obrazový kredit -
"Antény Helical Beam, 1951“(CC BY-NC-ND 2.0) od NASAJPL

          Spirálové antény nebo spirálové antény jsou jednou z kategorií širokopásmových antén. Je to jedna z nejpřímějších, primárních a nejrealističtějších antén se šroubovicovou strukturou, tvořenou vedením drátu.

Co je to rohová anténa? Prozkoumat zde!

Geometrická analýza a konfigurace

          Spirálové antény nebo spirálové antény obecně přicházejí s pozemní rovinou, která má schopnost přijímat odlišné formy. Pro navázání typického spirálového spojení se základní rovinou by měl být průměr základní roviny minimálně 3 * λ / 4. Rovinu však lze transfukovat do kráteru válcového tvaru. V napájecím bodě se přenosová vedení setkávají s anténou.

Princip spirálové antény
Geometrie spirálové antény, obrazový kredit - Ulfbastel, Princip spirálové antény, CC BY-SA 3.0

          Geometrický popis spirálové antény se obvykle skládá z N počtu závitů, průměru D a vzdálenosti mezi dvěma spirálovými smyčkami S.

Celá délka je dána vztahem -> L = N S.

Celá délka vodivého drátu je dána vztahem -> Ln = NL0 (Proud nese primárně zjevně!)

 Nebo Ln = N √ (C.2 + S2); L0 = √ (C.2 + S2)

L0 představuje rozměr drátu mezi dvěma spirálovými smyčkami. Ve skutečnosti to dává délku.

C představuje celý obvod spirálové smyčky a je dán vztahem -> π D.

Je zde ještě další parametr spirálové nebo spirálové antény, který je také velmi důležitý. Představuje ji řecká abeceda alfa (α) a označuje se jako „úhel stoupání“. Tento úhel je obecně měřením úhlu čáry - kolmého na šroubovicový drát a strmého povrchu k ose šroubovice. Matematický výraz je uveden níže.

α = opálení-1 (S / C)

nebo, α = opálení-1 (S / π D)

Pečlivým pozorováním rovnice lze dojít k závěru, že když má úhel sklon k 0 stupňům, vinutí bude pošlapáno; ve výsledku se šroubovicová anténa zmenší a stane se obdobou jednoduché smyčkové antény. Když se úhel opět změní na 90 stupňů, stane se z antény lineární vodič. Když je úhel menší než 90 stupňů a větší než 0 stupňů, pak má praktická šroubovice konečnou hodnotu obvodu.

Architektonické parametry mohou změnit radiační vlastnosti šroubovicových antén. Ovládání geometrických parametrů bude měnit radiační vlastnosti spojené s vlnovou délkou. Vstupní impedance má vztah s úhlem rozteče a velikostí vodivého drátu, protože změna hodnot úhlu rozteče a velikost drátu změní hodnoty vstupní impedance.

Spirálová anténa obvykle vykazuje eliptickou polarizaci, i když mohou být navrženy tak, aby zobrazovaly kruhovou a lineární polarizaci.

Provozní režimy

Antény Helix mají schopnost fungovat v mnoha typech provozních režimů. Existují dva významné a zásadní provozní režimy, kterým se budeme podrobně věnovat v druhé části tohoto článku. Tyto dva režimy jsou -

Níže jsou uvedeny trojrozměrné postavy obou typů provozních režimů.

Režimy
Vyzařovací diagram spirálové antény v normálním a axiálním režimu; Image credit - ocw.ump

Jak vidíme na standardním obrázku, má maximum v imaginární rovině, která je kolmá k ose, a jeho nula je podél osy. Silový vzor má podobnost s tvarem kruhové smyčky.

Nyní je maximum po délce spirály pro režim end-fire a schéma výkonu je podobné poli end-fire. Proto je režim pojmenován jako „End Fire Mode“.

Axiální režim provozu má větší přednost před standardním režimem provozu, protože je realističtější nebo praktičtější, má lepší účinnost a může vykazovat kruhovou polarizaci se širší šířkou pásma. Elipticky polarizovanou anténu lze popsat jako součet dvou cizích lemovaných mechanismů ve fázově kvadraturní fázi.

Co dělá přenosová linka? Prozkoumat!

Normální režim antén Helix

Jak již bylo řečeno, spirálovitý režim antény má své maximální záření směrované do roviny kolmé k ose šroubovice a nulové záření je podél její osy. Normálního režimu provozu šroubovicové antény nebo režimu soustředěného provozu je možné dosáhnout porovnáním vlnové délky, tj. NL0 << λ0.

Architektura šroubovice sestupuje do smyčky o průměru D, protože úhel stoupání se blíží 0 k linkovanému drátu o délce S, zatímco se blíží 90 stupňům. Nos, jako geometrie šroubovice, se stal smyčkou a dipólem, záření vzdáleného pole v tomto provozním režimu může být reprezentováno příslušně Eϕ a Eϴ složky dipólu a spirálové smyčky.

Spirálu lze popsat jako N počet malých smyček a stejný počet malých dipólů. Jsou navzájem propojeny sériovým způsobem. Arény se počítají pomocí superpozice ostatních polí ze základních částí. Osy smyčky a osy dipólu se shodují s osou šroubovice.

Protože tento model má malé rozměry, předpokládá se, že proud je konstantní. Jeho činnost může být definována součtem polí vyzařovaných menšími smyčkami, majícími průměr D a krátkým dipólem majícím délku S.

Elektrické pole vzdáleného pole se udává jako -

Eϴ = j * η * k * I0 *S *e-jkr Sinϴ / 4πr

Eϕ část je dána -

Eϕ = η * k2 * (D / 2)2 * I0 * e-jkr Sinϴ / 4r

Poměr Eϴ a Eϕ udává axiální poměr. Matematický výraz je uveden níže.

AR = | Eϴ | / | Eϕ |

Nebo AR = 4S / πkD2

Nebo AR = 2λS / (πD)2

Úhel stoupání se udává jako - α = opálení-1 (π D / 2λ0)

Axiální režim provozu pro spirálovou anténu

Axiální režim provozu má větší přednost před standardním režimem provozu, protože je realističtější nebo praktičtější, má lepší účinnost a může vykazovat kruhovou polarizaci se širší šířkou pásma.

          Tohoto režimu je dosaženo nastavením velkých S a D. Existují určité požadavky na dosažení kruhové polarizace. Rozsah obvodu šroubovice by měl být v níže uvedeném rozsahu.

4/3> λ0/ C> ¾

Úhel stoupání má také omezený rozsah. Rozsah úhlu stoupání je uveden níže.

12o ≤ α ≤ 14o

Rozsah impedance terminálu pro tento provozní režim je mezi sto ohmy a dvěma sty ohmy.

Následující matematická operace vypočítá zisk. Pro následující rovnici S udává vzdálenost mezi dvěma závity a N představuje celkový počet závitů ve šroubovicové anténě.

G = 15 (C / λ) 2 * (NS / λ)

Poloviční výkonová šířka spirálové antény pro tento provozní režim je dána následujícím matematickým výrazem.

HPBW = 52 / [(C / λ) * √ {(NS / λ)}]]

Plná nulová šířka pásma spirálové antény pro tento provozní režim je dána následujícím matematickým výrazem.

FNBW = 115 λ3/2 / C * √ (NS)

Podívejte se na vyzařovací diagram antény Yagi Uda!

Spirálová anténa

  • Vstupní impedance je vyjádřena jako „R“. Matematická rovnice pro 'R' je - R = 140 (C / λ0).
  • Poloviční výkonová šířka spirálové antény pro tento provozní režim je dána následujícím matematickým výrazem. Má přesnost kolem plus-minus dvacet procent. Jedná se o měření úhlu a má jednotku ve stupních.

HPBW = 52 λ3/2 / C * √ (NS)

  • Plná nulová šířka pásma spirálové antény pro tento provozní režim je dána následujícím matematickým výrazem. Představuje míru šířky paprsku mezi Null. Má také jednotku ve stupních.

FNBW = 115 λ3/2 / C * √ (NS)

  • D0 představuje směrovost antény. Matematická rovnice je -

D0 = 15*N*C2S / λ03

  • Následující matematický výraz udává axiální poměr nebo AR.

AR = 2N + 1 / 2N

  • Následující výrazy poskytují zobecněný vzor vzdáleného pole.

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

Ψ je dáno jinou matematickou rovnicí a ta je dále dána jako Ψ = k0[S * cos ϴ - (L0/ p)]

                    Hodnota 'p' pro obecné pole end-fire je

p = (L.0/λ0) * (S / λ0 + 1)

                    Hodnota „p“ pro záření z konců požárů v lesích Hansen je

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

Aplikace spirálové antény

Spirálová anténa má několik aplikací v moderních komunikačních technologiích. Má několik jedinečných aplikací díky svému designu a radiačním vzorům. Níže jsou uvedeny některé aplikace spirálové antény.

Získávání traqueurů

Spirálová anténa pro satelitní sledování,

Obrázek - královský bastard, Získávání traqueurů, CC BY-SA 3.0

  • Spirálové antény účinně vyzařují signály velmi vysokofrekvenčního rozsahu.
640px UHF CB s odhalenou gumovou kachnou
Velmi běžná forma spirálové antény, Image Credit - Shootthedevgru at Anglicky Wikipedia, UHF CB s odkrytou gumou, CC BY-SA 3.0
  • Spirálové antény se často používají pro vesmírnou komunikaci a komunikaci satelitů.
  • Díky těmto typům antén je možná komunikace mezi dvěma planetami.