Новини - Спіральна антена: ідеальний вибір для широкосмугової кругової поляризації

АСпіральна антенає типовим прикладом дротяної антени, що характеризується спіральною структурою. Це широкосмугова антена, придатна для діапазонів VHF та UHF.

Спіральна антена працює в діапазоні частот приблизно від 30 МГц до 3 ГГц, охоплюючи переважно діапазони ДВЧ та УВЧ.

Конструкція та принципи роботи спіральної антени

Спіральна антена формується шляхом намотування провідника у спіральну форму та з'єднання його із заземленою площиною через живильну лінію. Завдяки простій структурі вона природним чином генерує хвилі з круговою поляризацією та широко використовується в позаземному зв'язку, такому як системи супутникової ретрансляції.

На рисунку вище показано спіральну антенну систему, яка використовується для супутникового зв'язку. Такі антени зазвичай потребують достатнього простору для встановлення на відкритому повітрі.

Спіральна антена складається з котушки з товстого мідного дроту або трубки, сформованої у формі спіралі, яка працює разом із плоскою металевою заземлювальною пластиною. Один кінець спіралі з'єднаний із центральним провідником коаксіального кабелю, а зовнішній провідник – із заземлювальною пластиною.

На зображенні вище показано структуру спіральної антени з детальним оглядом її компонентів.

Характеристики випромінювання спіральної антени в першу чергу визначаються діаметром спіралі, відстанню між витками (крок) та кутом тангажу.

Кут тангажу визначається як кут між дотичною до спіралі та площиною, нормаллю до осі спіралі, і визначається за формулою:

Де:

•D – діаметр спіралі

• S – крок (відстань між центрами витків)

•α – кут тангажу

Режим роботи

Спіральні антени працюють у двох основних режимах:

• Нормальний режим (також відомий як режим перпендикулярного випромінювання)

• Осьовий режим (також відомий як режим торцевого вогню або режим випромінювання променя)

Кожен режим детально описано нижче.

У режимі нормального випромінювання випромінюване поле перпендикулярне до осі спіралі, а випромінювана хвиля має кругову поляризацію. Цей режим досягається, коли розміри спіралі малі відносно довжини хвилі. У цьому випадку характеристики випромінювання спіральної антени можна розглядати як комбінацію короткої дипольної антени та петльової антени.

На рисунку вище показано діаграму спрямованості спіральної антени, що працює в нормальному режимі.

Цей режим визначається діаметром спіралі D та відстанню між витками S. До недоліків цього режиму роботи належать низька ефективність випромінювання та вузька смуга пропускання, тому він рідко використовується в практичних застосуваннях.

Осьовий режим

В аксіальному режимі випромінювання випромінюване поле демонструє характеристики торцевого випромінювання вздовж осі спіралі, а випромінювана хвиля має кругову або майже кругову поляризацію. Цей режим досягається, коли довжина кола спіралі збільшується до порядку однієї довжини хвилі (λ), а відстань між витками становить приблизно λ/4. За цих умов діаграма спрямованості широка вздовж осі з характеристиками спрямованості, а бічні пелюстки з'являються під кутами, зміщеними відносно осі.

На рисунку вище показано діаграму спрямованості спіральної антени, що працює в осьовому режимі.

Коли антена розроблена для хвиль з правою круговою поляризацією (RHCP), вона не прийматиме хвилі з лівою круговою поляризацією (LHCP), і навпаки. Цей режим роботи легко реалізувати, і він частіше використовується в практичних застосуваннях.

Основні переваги спіральної антени полягають у наступному:

• Проста структура та легкість проектування

• Висока спрямованість

•Широка пропускна здатність

• Здатний до кругової поляризації

•Підходить для діапазонів КХ та УКХ

Основні застосування спіральної антени такі:

• Для передачі та прийому сигналу УКХ використовуються окремі спіральні антени або їх решітки

• Широко використовується в системах зв'язку супутників та космічних зондів

• Застосовується в телеметричних зв'язках між балістичними ракетами, супутниками та наземними станціями

• Використовується для встановлення зв'язку між Місяцем і Землею

• Також відіграє важливу роль у застосуванні радіоастрономії