Cover Image Credit - Service afgebeeld: luchtmacht
Cameramanager: SSGT LOUIS COMEGER, Hammer Ace SATCOM-antenne, gemarkeerd als openbaar domein, meer informatie over Wikimedia Commons
Discussiepunten
- Introductie
- Geometrische analyse en configuraties
- Operationele modi
- Normale modus
- Axiale modus
- Spiraalvormig antenne-ontwerp
- Spiraalvormige antennetoepassingen
Inleiding tot spiraalvormige antenne
Om een spiraalvormige antenne te definiëren, moeten we eerst de juiste definitie van de antenne kennen. Volgens IEEE-standaarddefinities van antennes of radiatoren,
"Een antenne is een medium voor het verzenden en ontvangen van radiogolven".
Er zijn verschillende aanpassingen van antennes. Sommigen van hen zijn - dipoolantennes, hoornantennes, log-periodieke antennes, patchantennes, breedbandantennes enz.
"Spiraalvormige bundelantennes, 1951"(CC BY-NC-ND 2.0) door NASAJPL
De spiraalvormige antennes of helixantennes behoren tot de categorieën breedbandantennes. Het is een van de meest eenvoudige, primaire en realistische antennes met een spiraalvormige structuur, bestaande uit geleidende draadgewonden.
Wat is een hoornantenne? Verken hier!
Geometrische analyse en configuratie
Spiraalvormige antennes of helixantennes worden over het algemeen geleverd met een grondvlak dat verschillende vormen kan accepteren. Om een typische helixverbinding met de massaplaat tot stand te brengen, moet de diameter van de massaplaat minimaal 3 * λ / 4 zijn. Hoewel het vliegtuig kan worden getransfundeerd in een cilindrisch gevormde krater. Bij het voedingspunt ontmoeten de transmissielijnen de antenne.
De geometrische beschrijving van een helixantenne bestaat meestal uit N aantal windingen, de diameter D en de afstand tussen twee spiraalvormige lussen S.
De hele lengte wordt gegeven door -> L = N S.
De gehele lengte van de geleidende draad wordt gegeven door -> Ln = NL0 (Het draagt de stroom voornamelijk duidelijk!)
Of, Ln = N (C2 + S2); L.0 = √ (K2 + S2)
L0 vertegenwoordigt de afmeting van de draad tussen twee spiraalvormige lussen. Het geeft eigenlijk de lengte.
C staat voor de hele omtrek van een spiraalvormige lus en wordt gegeven door -> D.
Er is nog een parameter van een andere spiraal- of helixantenne, die ook erg belangrijk is. Het wordt weergegeven door het Griekse alfabet alpha (α) en wordt aangeduid als 'pitch angle'. Deze hoek is over het algemeen de maat van de hoek van de lijn - normaal op de helixdraad en een steile grond op de helixas. De wiskundige uitdrukking wordt hieronder gegeven.
α = bruin-1 (S / C)
of α = tan-1 (S / π D)
Door de vergelijking zorgvuldig te observeren, kan worden geconcludeerd dat wanneer de hoek naar 0 graden neigt, de wikkeling vertrappeld wordt; als resultaat wordt de helixantenne verkleind en wordt deze vergelijkbaar met een eenvoudige lusantenne. Nogmaals, wanneer de hoek 90 graden wordt, wordt de antenne een lineaire draad. Als de hoek kleiner is dan 90 graden en groter dan 0 graden, dan heeft een praktische helix een eindige omtrekwaarde.
De architectonische parameters kunnen de stralingseigenschappen van de helixantennes veranderen. Het regelen van de geometrische parameters zal de stralingseigenschappen die bij de golflengte horen, variëren. De ingangsimpedantie heeft een relatie met de spoedhoek en de grootte van de geleidende draad, aangezien een verandering in de waarden van de spoedhoek en de afmeting van de draad de ingangsimpedantiewaarden zal veranderen.
Spiraalvormige antenne vertoont typisch elliptische polarisatie, hoewel ze kunnen worden ontworpen om circulaire en lineaire polarisatie te vertonen.
Operationele modi
Helix-antennes kunnen in vele soorten operationele modi functioneren. Er zijn twee belangrijke en essentiële operationele modi die we in het laatste deel van dit artikel in detail zullen bespreken. De twee modi zijn -
De driedimensionale figuren van beide soorten operaties worden hieronder gegeven.
Zoals we in de standaardfiguur kunnen zien, heeft het een maximum in een denkbeeldig vlak dat loodrecht op de as staat, en de nul is langs de as. Het krachtpatroon lijkt sterk op de vorm van de cirkelvormige lus.
Nu is het maximum langs de lengte van de helix voor de end-fire-modus, en het machtspatroon is vergelijkbaar met de end-fire-array. Daarom heet de modus 'End Fire Mode'.
De axiale werkingsmodus heeft meer voorkeur boven de standaard werkingsmodus omdat deze realistischer of praktischer is, een betere efficiëntie heeft en circulaire polarisatie kan vertonen met een grotere bandbreedte. Een elliptisch gepolariseerde antenne kan worden beschreven als de optelling van de twee externe beklede mechanismen in fase-tijd kwadratuur.
Wat doet een transmissielijn? Explore!
Normale modus van Helix-antennes
Zoals eerder besproken, heeft de spiraalvormige modus van de antenne zijn maximale straling gericht op een vlak loodrecht op de helixas, en is de nulstraling langs zijn as. De normale werkingsmodus van helixantenne of broadside-modus is haalbaar door de golflengte te vergelijken, dat wil zeggen NL0 << λ0.
De helixarchitectuur komt neer op een lus met een diameter D terwijl de spoedhoek 0 komt tot een gevoerde draad met een lengte van S terwijl deze 90 graden nadert. Nos, als geometrie van de helix, werd een lus en een dipool, de verre veldstraling in deze werkingsmodus kan respectievelijk worden weergegeven door Eϕ en Eϴ componenten van de dipool en de spiraalvormige lus.
De helix kan worden omschreven als N aantal kleine lussen en hetzelfde aantal kleine dipolen. Ze zijn in serie met elkaar verbonden. De arena's worden berekend door de superpositie van de andere velden uit de rudimentaire delen te gebruiken. De assen van de lus en de assen van de dipool vallen samen met de as van de helix.
Aangezien dit model kleine afmetingen heeft, wordt aangenomen dat de stroom constant is. De werking ervan kan worden bepaald door de optelling van de velden die worden uitgestraald door kleinere lussen, met een diameter van D en een korte dipool met een lengte van S.
Het verre veld elektrische veld wordt gegeven als -
Eϴ = j * η * k * ik0 * S * e-jkr Zondeϴ / 4πr
Uϕ deel wordt gegeven door -
Eϕ = η * k2 * (D / 2)2 * Ik0 * e-jkr Zondeϴ / 4r
De verhouding van Eϴ en Eϕ geeft de axiale verhouding. De wiskundige uitdrukking wordt hieronder gegeven.
AR = | E.ϴ | / | E.ϕ |
Of: AR = 4S / πkD2
Of, AR = 2λS / (πD)2
De hellingshoek wordt gegeven als - α = bruin-1 (π D / 2λ0)
Axiale werking voor spiraalvormige antenne
De axiale werkingsmodus heeft meer voorkeur boven de standaard werkingsmodus omdat deze realistischer of praktischer is, een betere efficiëntie heeft en circulaire polarisatie kan vertonen met een grotere bandbreedte.
Deze modus wordt bereikt door grote S en D in te stellen. Er zijn enkele vereisten om circulaire polarisatie te bereiken. Het bereik van de omtrek van de helix moet in het onderstaande bereik liggen.
4/3> λ0/ C> ¾
De pitchhoek heeft ook een beperkt bereik. Het bereik van de hellingshoek wordt hieronder gegeven.
12o α ≤ 14o
Het bereik van de terminalimpedantie voor deze werkingsmodus ligt tussen honderd ohm en tweehonderd ohm.
De volgende wiskundige bewerking berekent de winst. Voor de volgende vergelijking geeft S de afstand tussen twee windingen en staat N het totale aantal windingen in een spiraalvormige antenne voor.
G = 15 (C / ) 2 * (NS / )
De halfvermogenbandbreedte van de spiraalvormige antenne voor deze werkingsmodus wordt gegeven door de volgende wiskundige uitdrukking te volgen.
HPBW = 52 / [(C / λ) * √ {(NS / λ
De volledige nulbandbreedte van de spiraalvormige antenne voor deze werkingsmodus wordt gegeven door de volgende wiskundige uitdrukking te volgen.
FNBW = 1153/2 / C * √ (NS)
Bekijk het stralingspatroon van Yagi Uda Antenna!
Spiraalvormig antenneontwerp
- De ingangsimpedantie wordt weergegeven als 'R'. De wiskundige vergelijking voor 'R' is - R = 140 (C / λ0).
- De halfvermogenbandbreedte van de spiraalvormige antenne voor deze werkingsmodus wordt gegeven door de volgende wiskundige uitdrukking te volgen. Het heeft een nauwkeurigheid van ongeveer plus-min twintig procent. Het is een hoekmaat en heeft een eenheid in graden.
HPBW = 523/2 / C * √ (NS)
- De volledige nulbandbreedte van de spiraalvormige antenne voor deze werkingsmodus wordt gegeven door de volgende wiskundige uitdrukking te volgen. Het vertegenwoordigt de maat van de bundelbreedte onder de Nulls. Het heeft ook een eenheid in graden.
FNBW = 1153/2 / C * √ (NS)
- D0 vertegenwoordigt de richtingsgevoeligheid van de antenne. De wiskundige vergelijking is -
D0 = 15 * N * C2S /03
- De volgende wiskundige term geeft de axiale verhouding of de AR.
AR = 2N + 1 / 2N
- De volgende uitdrukkingen geven het gegeneraliseerde far-field-patroon.
E = sin (π / 2N) cosϴ sin [(N / 2) * Ψ] / sin (Ψ / 2)
Ψ wordt gegeven door een andere wiskundige vergelijking, en dat wordt verder gegeven als Ψ = k0[S * cos ϴ - (L0/ p)]
De waarde van 'p' voor algemene end-fire-array is
p = (L0/0) * (S / λ0 +1)
De waarde van 'p' voor Hansen-woodyard end-fire-straling is
p = (L0/0) * [S / λ0 + {(2N + 1) / 2N)}]
Spiraalvormige antennetoepassingen
De spiraalvormige antenne heeft verschillende toepassingen in moderne communicatietechnologieën. Het heeft een aantal unieke toepassingen vanwege zijn ontwerp en stralingspatronen. Enkele van de spiraalantennetoepassingen worden hieronder vermeld.
Een spiraalvormige antenne voor het volgen van satellieten,
Afbeelding tegoed - koningsklootzak, Traqueur acquisitie, CC BY-SA 3.0
- Spiraalvormige antennes zijn efficiënt in het uitstralen van signalen met een zeer hoog frequentiebereik.
- Spiraalvormige antennes worden vaak gebruikt voor communicatie in de ruimte en satellieten.
- Door dit soort antennes is communicatie tussen twee planeten mogelijk.
Hallo, ik ben Sudipta Roy. Ik heb B. Tech in elektronica gedaan. Ik ben een elektronica-liefhebber en houd mij momenteel bezig met elektronica en communicatie. Ik heb een grote interesse in het verkennen van moderne technologieën zoals AI en Machine Learning. Mijn geschriften zijn gewijd aan het verstrekken van nauwkeurige en bijgewerkte gegevens aan alle leerlingen. Iemand helpen bij het opdoen van kennis geeft mij enorm veel plezier.
Laten we verbinding maken via LinkedIn –