Nyheder - Helisk antenne: Det ideelle valg til bredbåndscirkulær polarisering

ENSpiralantenneer et typisk eksempel på en trådantenne, der er kendetegnet ved sin spiralformede struktur. Det er en bredbåndsantenne, der er egnet til VHF- og UHF-båndene.

Den spiralformede antenne opererer over et frekvensområde på cirka 30 MHz til 3 GHz og dækker primært VHF- og UHF-båndene.

Konstruktions- og arbejdsprincipper for spiralantenner

En spiralantenne dannes ved at vikle en leder i en spiralform og forbinde den til et jordplan via en fødeledning. Med en simpel struktur genererer den naturligt cirkulært polariserede bølger og bruges i vid udstrækning i udenjordisk kommunikation såsom satellitrelæsystemer.

Figuren ovenfor viser et spiralantennesystem, der bruges til satellitkommunikation. Sådanne antenner kræver typisk rigelig udendørs installationsplads.

Spiralantennen består af en spole af tyk kobbertråd eller -rør formet som en spiral, der arbejder sammen med et fladt metaljordplan. Den ene ende af spiralen er forbundet til koaksialkablets midterleder, mens den ydre leder er fastgjort til jordplanet.

Billedet ovenfor illustrerer strukturen af en spiralantenne med en detaljeret visning af dens komponenter.

Strålingsegenskaberne for en spiralantenne bestemmes primært af helixdiameteren, afstanden mellem vindinger (pitch) og pitchvinklen.

Hældningsvinklen er defineret som vinklen mellem tangenten til helixen og planet normalt på helixaksen og er givet ved:

Hvor:

•D er diameteren af helixen

•S er pitchen (afstanden fra center til center mellem tilstødende vindinger)

•α er stigningsvinklen

Driftstilstand

Spiralantenner fungerer i to primære tilstande:

• Normal tilstand (også kendt som den vinkelrette strålingstilstand)

• Aksialtilstand (også kendt som end-fire-tilstand eller strålestrålingstilstand)

Hver tilstand er beskrevet detaljeret nedenfor.

I normal strålingstilstand er det udstrålede felt vinkelret på helixaksen, og den udstrålede bølge er cirkulært polariseret. Denne tilstand opnås, når helixdimensionerne er små i forhold til bølgelængden. I dette tilfælde kan strålingskarakteristikaene for den spiralformede antenne betragtes som en kombination af en kort dipolantenne og en loopantenne.

Figuren ovenfor illustrerer strålingsmønsteret for en spiralantenne, der fungerer i normal tilstand.

Denne tilstand bestemmes af helixdiameteren D og afstanden mellem vindingerne S. Ulemperne ved denne driftstilstand inkluderer lav strålingseffektivitet og smal båndbredde; derfor bruges den sjældent i praktiske anvendelser.

Aksial tilstand

I den aksiale strålingstilstand udviser det udstrålede felt end-fire-karakteristika langs helixaksen, og den udstrålede bølge er cirkulært eller næsten cirkulært polariseret. Denne tilstand opnås, når helixomkredsen øges til størrelsesordenen én bølgelængde (λ), og afstanden mellem vindingerne er omtrent λ/4. Under disse forhold er strålingsmønsteret bredt langs aksen med retningsbestemte karakteristika, og sidelober optræder i vinkler forskudt fra aksen.

Figuren ovenfor illustrerer strålingsmønsteret for en spiralantenne, der opererer i aksial tilstand.

Når antennen er designet til højrecirkulært polariserede (RHCP) bølger, vil den ikke modtage venstrecirkulært polariserede (LHCP) bølger, og omvendt. Denne driftstilstand er nem at implementere og bruges mere almindeligt i praktiske anvendelser.

De vigtigste fordele ved spiralantennen er som følger:

• Enkel struktur og nem at designe

• Høj retningsvirkning

• Bred båndbredde

•Kan udføre cirkulær polarisering

• Velegnet til HF- og VHF-båndene

De vigtigste anvendelser af spiralantennen er som følger:

• Enkeltstående spiralformede antenner eller deres arrays bruges til VHF-signaltransmission og -modtagelse

• Udbredt anvendt i satellit- og rumsonderingskommunikationssystemer

•Anvendes i telemetriforbindelser mellem ballistiske missiler, satellitter og jordstationer

• Bruges til at etablere kommunikation mellem Månen og Jorden

• Spiller også en vigtig rolle i radioastronomi-applikationer