Nyheter - Helisk antenn: Det perfekta valet för bredbandscirkulär polarisering

EnSpiralantennär ett typiskt exempel på en trådantenn, som kännetecknas av sin spiralformade struktur. Det är en bredbandsantenn som är lämplig för VHF- och UHF-banden.

Den spiralformade antennen arbetar över ett frekvensområde på cirka 30 MHz till 3 GHz och täcker huvudsakligen VHF- och UHF-banden.

Konstruktion och arbetsprinciper för spiralantenn

En spiralantenn formas genom att linda en ledare till en spiralform och ansluta den till ett jordplan via en matningsledning. Med sin enkla struktur genererar den naturligt cirkulärt polariserade vågor och används ofta i utomjordisk kommunikation, såsom satellitreläsystem.

Figuren ovan visar ett spiralantennsystem som används för satellitkommunikation. Sådana antenner kräver vanligtvis gott om plats för installation utomhus.

Spiralantennen består av en spole av tjock koppartråd eller rör formad till en spiral, som arbetar tillsammans med ett platt metalljordplan. Ena änden av spiralen är ansluten till koaxialkabelns mittledare, medan den yttre ledaren är fäst vid jordplanet.

Bilden ovan illustrerar strukturen av en spiralantenn, med en detaljerad vy av dess komponenter.

Strålningsegenskaperna hos en spiralantenn bestäms primärt av spiraldiametern, avståndet mellan varven (stigning) och stigningsvinkeln.

Stigningsvinkeln definieras som vinkeln mellan tangenten till spiralen och planet normalt mot spiralaxeln och ges av:

Där:

•D är spiralens diameter

•S är tonhöjden (avståndet mellan intilliggande varv från mitt till mitt)

•α är stigningsvinkeln

Driftläge

Spiralantenner fungerar i två huvudlägen:

• Normalt läge (även känt som vinkelrätt strålningsläge)

• Axiellt läge (även känt som end-fire-läge eller strålningsläge)

Varje läge beskrivs i detalj nedan.

I normalt strålningsläge är det utstrålade fältet vinkelrätt mot helixaxeln, och den utstrålade vågen är cirkulärt polariserad. Detta läge uppnås när helixdimensionerna är små i förhållande till våglängden. I detta fall kan den helixformade antennens strålningsegenskaper betraktas som en kombination av en kort dipolantenn och en loopantenn.

Figuren ovan illustrerar strålningsmönstret för en spiralantenn som arbetar i normalt läge.

Detta läge bestäms av spiraldiametern D och avståndet mellan varven S. Nackdelarna med detta driftläge inkluderar låg strålningseffektivitet och smal bandbredd; därför används det sällan i praktiska tillämpningar.

Axiellt läge

I axiellt strålningsläge uppvisar det utstrålade fältet end-fire-egenskaper längs helixaxeln, och den utstrålade vågen är cirkulärt eller nästan cirkulärt polariserad. Detta läge uppnås när helixomkretsen ökas till storleksordningen en våglängd (λ) och avståndet mellan varven är ungefär λ/4. Under dessa förhållanden är strålningsmönstret brett längs axeln med riktningsegenskaper, och sidolober uppträder i vinklar förskjutna från axeln.

Figuren ovan illustrerar strålningsmönstret för en spiralantenn som arbetar i axiellt läge.

När antennen är konstruerad för högercirkulärt polariserade (RHCP) vågor, kommer den inte att ta emot vänstercirkulärt polariserade (LHCP) vågor, och vice versa. Detta driftläge är enkelt att implementera och används oftare i praktiska tillämpningar.

De viktigaste fördelarna med spiralantennen är följande:

•Enkel struktur och lätt att designa

•Hög riktningsförmåga

• Bred bandbredd

•Kan utföra cirkulär polarisering

• Lämplig för HF- och VHF-banden

De huvudsakliga användningsområdena för spiralantennen är följande:

• Enkla spiralantenner eller deras matriser används för VHF-signalöverföring och -mottagning

• Används flitigt i kommunikationssystem med satelliter och rymdsonder

• Används i telemetri-länkar mellan ballistiska missiler, satelliter och jordstationer

• Används för att upprätta kommunikation mellan månen och jorden

• Spelar även en viktig roll i radioastronomitillämpningar