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Kameramann: SSGT LOUIS COMEGER, Hammer Ace SATCOM-Antenne, als gemeinfrei gekennzeichnet, weitere Details zu Wikimedia Commons
Diskussionspunkte
- Einleitung
- Geometrische Analyse und Konfigurationen
- Betriebsarten
- Normaler Modus
- Axialmodus
- Helixantennen-Design
- Helixantennenanwendungen
Einführung in die Helixantenne
Um eine Wendelantenne zu definieren, müssen wir zuvor die korrekte Definition der Antenne kennen. Gemäß den IEEE-Standarddefinitionen von Antennen oder Strahlern
"Eine Antenne ist ein Medium zum Senden und Empfangen von Funkwellen".
Es gibt verschiedene Anpassungen von Antennen. Einige von ihnen sind - Dipolantennen, Hornantennen, logarithmisch periodische Antennen, Patchantennen, Breitbandantennen usw.
"Helixstrahlantennen, 1951”(CC DURCH-NC-ND 2.0) durch NASAJPL
Die Helixantennen oder Helixantennen sind eine der Kategorien von Breitbandantennen. Es ist eine der einfachsten, primärsten und realistischsten Antennen mit einer spiralförmigen Struktur, die aus leitendem Draht besteht.
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Geometrische Analyse und Konfiguration
Helixantennen oder Helixantennen werden im Allgemeinen mit einer Grundebene geliefert, die unterschiedliche Formen annehmen kann. Um eine typische Spiralverbindung mit der Masseebene herzustellen, sollte der Durchmesser der Masseebene mindestens 3 * λ / 4 betragen. Die Ebene kann jedoch in einen zylindrisch geformten Krater transfundiert werden. Am Einspeisepunkt treffen die Übertragungsleitungen auf die Antenne.
Die geometrische Beschreibung einer Helixantenne besteht typischerweise aus N Windungen, dem Durchmesser D und dem Abstand zwischen zwei Helixschleifen S.
Die gesamte Länge ist gegeben durch -> L = N S.
Die gesamte Länge des leitenden Drahtes ist gegeben durch -> Ln = NL0 (Es trägt den Strom hauptsächlich offensichtlich!)
Oder L.n = N √ (C.2 + S2); L.0 = √ (C.2 + S2)
L0 repräsentiert die Abmessung des Drahtes zwischen zwei spiralförmigen Schleifen. Es gibt tatsächlich die Länge.
C stellt den gesamten Umfang einer Spiralschleife dar und ist gegeben durch -> π D.
Es gibt einen anderen Parameter für eine Spiral- oder Helixantenne, der ebenfalls sehr wichtig ist. Es wird durch das griechische Alphabet Alpha (α) dargestellt und als "Nickwinkel" bezeichnet. Dieser Winkel ist im Allgemeinen die Messung des Winkels der Linie - normal zum Spiraldraht und steiler Boden zur Spiralachse. Der mathematische Ausdruck ist unten angegeben.
α = hellbraun-1 (S / C)
oder α = tan-1 (S / π D)
Durch sorgfältige Beobachtung der Gleichung kann geschlossen werden, dass die Wicklung mit Füßen getreten wird, wenn der Winkel zu 0 Grad tendiert; Infolgedessen wird die Helixantenne reduziert und ähnelt einer einfachen Rahmenantenne. Wenn der Winkel wieder 90 Grad beträgt, wird die Antenne wieder zu einem linearen Draht. Wenn der Winkel kleiner als 90 Grad und größer als 0 Grad ist, hat eine praktische Helix einen endlichen Umfangswert.
Die Architekturparameter können die Strahlungseigenschaften der Helixantennen verändern. Durch Steuern der geometrischen Parameter werden die mit der Wellenlänge verbundenen Strahlungseigenschaften variiert. Die Eingangsimpedanz hat eine Beziehung zum Steigungswinkel und zur Größe des leitenden Drahtes, da sich die Steigungswinkelwerte ändern, und die Größe des Drahtes ändert die Eingangsimpedanzwerte.
Die Helixantenne zeigt typischerweise eine elliptische Polarisation, obwohl sie so ausgelegt sein kann, dass sie eine zirkulare und lineare Polarisation zeigt.
Betriebsarten
Helix-Antennen können in vielen Betriebsarten eingesetzt werden. Es gibt zwei wichtige und wesentliche Betriebsmodi, die wir im letzten Teil dieses Artikels ausführlich erörtern werden. Die zwei Modi sind -
Die dreidimensionalen Figuren beider Arten von Betriebsarten sind unten angegeben.
Wie wir in der Standardfigur sehen können, hat es ein Maximum in einer imaginären Ebene, die normal zur Achse ist, und seine Null liegt entlang der Achse. Das Leistungsmuster hat eine enge Ähnlichkeit mit der Form der kreisförmigen Schleife.
Jetzt liegt das Maximum für den Endfeuermodus entlang der Helixlänge, und das Leistungsmuster ähnelt dem Endfeuermodus. Aus diesem Grund wird der Modus als "End Fire Mode" bezeichnet.
Die axiale Betriebsart hat gegenüber der Standardbetriebsart eine größere Präferenz, da sie realistischer oder praktischer ist, eine bessere Effizienz aufweist und eine zirkulare Polarisation mit einer breiteren Bandbreite aufweisen kann. Eine elliptisch polarisierte Antenne kann als die Summe der beiden fremd ausgekleideten Mechanismen in Phase-Zeit-Quadratur beschrieben werden.
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Normaler Modus von Helix-Antennen
Wie zuvor erläutert, ist die maximale Strahlung des Antennenmodus der Antenne auf eine Ebene senkrecht zur Helixachse gerichtet, und die Nullstrahlung verläuft entlang ihrer Achse. Der normale Betriebsmodus der Helixantenne oder der Breitseitenmodusbetrieb ist durch Vergleichen der Wellenlänge, dh NL, erreichbar0 << λ0.
Die Helix-Architektur ergibt eine Schleife mit einem Durchmesser D, wenn der Steigungswinkel zu einem ausgekleideten Draht mit einer Länge von S bei Annäherung an 0 Grad 90 beträgt. Da die Geometrie der Helix zu einer Schleife und einem Dipol wurde, kann die Fernfeldstrahlung in dieser Betriebsart jeweils durch E dargestellt werdenϕ und Eϴ Komponenten des Dipols und der Spiralschleife.
Die Helix kann als N Anzahl kleiner Schleifen und die gleiche Anzahl kleiner Dipole beschrieben werden. Sie sind in Reihe miteinander verbunden. Die Arenen werden unter Verwendung der Überlagerung der anderen Felder aus den rudimentären Teilen berechnet. Die Achsen der Schleife und die Achsen des Dipols fallen mit der Achse der Helix zusammen.
Da dieses Modell kleine Abmessungen hat, wird angenommen, dass der Strom konstant ist. Sein Betrieb kann durch die Summierung der Felder definiert werden, die von kleineren Schleifen mit einem Durchmesser von D und einem kurzen Dipol mit einer Länge von S abgestrahlt werden.
Das elektrische Fernfeld ist gegeben als -
Eϴ = j * η * k * I.0 *S* E-jkr Sin / 4πr
Das Eϕ Teil ist gegeben durch -
Eϕ = η * k2 * (D / 2)2 * Ich0 * e-jkr Sinϴ / 4r
Das Verhältnis von Eϴ und Eϕ ergibt das Axialverhältnis. Der mathematische Ausdruck ist unten angegeben.
AR = | E.ϴ | / | E.ϕ |
Oder AR = 4S / πkD2
Oder AR = 2 & lgr; S / (& pgr; D)2
Der Nickwinkel wird angegeben als - α = hellbraun-1 (π D / 2λ0)
Axialer Betriebsmodus für Helixantenne
Die axiale Betriebsart hat gegenüber der Standardbetriebsart eine größere Präferenz, da sie realistischer oder praktischer ist, eine bessere Effizienz aufweist und eine zirkulare Polarisation mit einer breiteren Bandbreite aufweisen kann.
Dieser Modus wird durch Einrichten eines großen S und D erreicht. Es gibt einige Anforderungen zum Erreichen einer zirkularen Polarisation. Der Bereich des Umfangs der Helix sollte im unten angegebenen Bereich liegen.
4/3> λ0/ C> ¾
Der Nickwinkel hat auch einen begrenzten Bereich. Der Bereich des Nickwinkels ist unten angegeben.
12o α ≤ 14o
Der Anschlussimpedanzbereich für diese Betriebsart liegt zwischen einhundert Ohm und zweihundert Ohm.
Die folgende mathematische Operation berechnet die Verstärkung. Für die folgende Gleichung gibt S den Abstand zwischen zwei Windungen an und N die Gesamtzahl der Windungen in einer Wendelantenne.
G = 15 (C / λ) 2 * (NS / λ)
Die Halbleistungsbandbreite der Wendelantenne für diesen Betriebsmodus wird durch folgenden mathematischen Ausdruck angegeben.
HPBW = 52 / [(C / λ) * √ {(NS / λ)}]
Die volle Nullbandbreite der Wendelantenne für diesen Betriebsmodus wird durch folgenden mathematischen Ausdruck angegeben.
FNBW = 1153/2 / C * √ (NS)
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Spiralantennen-Design
- Die Eingangsimpedanz wird als 'R' dargestellt. Die mathematische Gleichung für 'R' lautet - R = 140 (C / λ0).
- Die Halbleistungsbandbreite der Wendelantenne für diesen Betriebsmodus wird durch folgenden mathematischen Ausdruck angegeben. Es hat eine Genauigkeit von rund plus-minus zwanzig Prozent. Es ist ein Winkelmaß und hat eine Einheit in Grad.
HPBW = 523/2 / C * √ (NS)
- Die volle Nullbandbreite der Wendelantenne für diesen Betriebsmodus wird durch folgenden mathematischen Ausdruck angegeben. Es repräsentiert das Maß der Strahlbreite unter den Nullen. Es hat auch Einheit in Grad.
FNBW = 1153/2 / C * √ (NS)
- D0 repräsentiert die Richtwirkung der Antenne. Die mathematische Gleichung lautet -
D0 = 15 * N * C.2S /03
- Der folgende mathematische Term gibt das Axialverhältnis oder den AR an.
AR = 2N + 1 / 2N
- Die folgenden Ausdrücke geben das verallgemeinerte Fernfeldmuster an.
E = sin (π / 2N) cosϴ sin [(N / 2) * Ψ] / sin (Ψ / 2)
Ψ ist durch eine andere mathematische Gleichung gegeben, und das ist weiter gegeben als = k0[S * cos ϴ - (L.0/ p)]
Der Wert von 'p' für das allgemeine End-Fire-Array ist
p = (L.0/ λ0) * (S / λ0 + 1)
Der Wert von 'p' für Hansen-Woodyard-Endfeuerstrahlung beträgt
p = (L.0/ λ0) * [S / λ0 + {(2N + 1) / 2N)}]
Helixantennenanwendungen
Die Wendelantenne hat mehrere Anwendungen in modernen Kommunikationstechnologien. Es hat einige einzigartige Anwendungen aufgrund seines Designs und seiner Strahlungsmuster. Einige der Spiralantennenanwendungen sind unten aufgeführt.
Eine Satelliten-Tracking-Helixantenne,
Bildnachweis - Königsbastard, Traqueur-Akquisition, CC BY-SA 3.0
- Helixantennen strahlen effizient sehr hochfrequente Entfernungssignale aus.
- Helixantennen werden häufig für die Weltraum- und Satellitenkommunikation verwendet.
- Aufgrund dieser Antennentypen ist eine Kommunikation zwischen zwei Planeten möglich.
Hallo, ich bin Sudipta Roy. Ich habe einen B. Tech in Elektronik gemacht. Ich bin ein Elektronik-Enthusiast und widme mich derzeit dem Bereich Elektronik und Kommunikation. Ich habe großes Interesse an der Erforschung moderner Technologien wie KI und maschinellem Lernen. Mein Ziel ist es, allen Lernenden genaue und aktuelle Daten zur Verfügung zu stellen. Es macht mir große Freude, jemandem beim Wissenserwerb zu helfen.
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